Paf1复合体调控线粒体自噬的分子机制研究

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线粒体自噬是降解细胞内受损或过剩线粒体,从而保持细胞内环境稳定的一个重要的生物学过程。在酵母细胞中,线粒体外膜蛋白Atg32是线粒体自噬过程中的受体蛋白。当线粒体自噬途径被激活时,Atg32可以和核心自噬蛋白Atg8以及骨架蛋白Atg11相结合,从而介导线粒体通过自噬途径进行降解。在哺乳动物细胞中,当线粒体受到损伤时,激酶PINK1被稳定在线粒体表面,进而磷酸化修饰E3泛素连接酶PRKN/PARK2。PRKN/PARK2可以泛素化修饰一些线粒体外膜蛋白。一些接头蛋白,如OPTN、NDP52和p62,同连接于线粒体外膜蛋白上的泛素分子和自噬相关蛋白LC3(Atg8在哺乳动物细胞中的同源蛋白)相结合,从而介导发生线粒体自噬。另外,一些位于线粒体外膜上的受体蛋白,如BNIP3、NIX和FUNDC1,也含有保守的LC3结合基序,可以直接与LC3相结合,促进核心自噬相关蛋白组装和发生线粒体自噬。但是在线粒体自噬发生时,这些受体蛋白和接头蛋白如何在转录水平上被调控,依然没有研究清楚。在本论文中,我们通过生物信息学的方法,分析表观遗传因子或转录调控因子对其它基因表达的调控,我们发现Paf1复合体(Paf1C)是自噬基因转录的一个抑制子。paf1敲除后,ATG9、ATG11、ATG32和ATG40的转录水平都有非常明显的上调。我们发现,Paf1C抑制葡萄糖饥饿诱发的自噬通路,但却不影响氮源饥饿处理或雷帕霉素处理诱发的自噬通路。通过检测内质网自噬,Sec63-GFP蛋白被降解产生游离GFP的实验,我们证实Paf1C并不调控Atg39和Atg40介导的内质网自噬过程。我们利用定性和定量的实验证明,Paf1C对线粒体自噬起负调控作用。敲除Paf1C的几个亚基后,线粒体自噬水平增加。而且我们进一步证明,Paf1C通过调控ATG32的表达来调控线粒体自噬。敲除Paf1C的两个核心亚基paf1和ctr9后,ATG32和ATG11的表达增加,从而促进发生线粒体自噬。虽然Paf1C被报道与许多类型的组蛋白修饰和基因转录激活有关,但是我们发现Paf1C对线粒体自噬的调控,与它在其它过程中的正向调控作用无关。除此之外,我们还证明,PAF1C对线粒体自噬的调控作用在哺乳动物细胞中也保守存在。在哺乳动物细胞中,敲低PAF1C的亚基PAF1和CTR9后,OPTN的转录增加,由其所介导的线粒体自噬水平也相应增加。综上所述,我们发现在葡萄糖丰富的条件下,Paf1C结合在ATG32基因的启动子区,使线粒体自噬被控制在较低的水平。当葡萄糖饥饿时,Paf1C从ATG32基因上解离,ATG32的表达增加,线粒体自噬被激活。通过本论文的研究,我们发现Paf1C/PAF1C通过调控线粒体自噬通路中的相关基因ATG32和OPTN的的转录,从而对线粒体自噬起负调控作用。当诱导线粒体自噬发生的信号刺激时,Paf1C/PAF1C的抑制作用被解除,线粒体自噬被激活。在此,我们发现了Paf1C/PAF1C从转录水平调控线粒体自噬的新机制。由于线粒体自噬缺陷与许多生理疾病(如癌症和帕金森综合症)有紧密联系,因此本文中发现的这种新的调控机制,或许可以为临床上治疗这些疾病提供理论基础。
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