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在哺乳动物细胞中,胆固醇是最重要的甾醇类分子。它是细胞膜的关键组成部分,调节了细胞膜的流动性与相变。细胞膜的生物学功能包括许多重要的细胞信号转导途径、细胞活动如吞噬、细胞膜代谢等都需要胆固醇的参与。胆固醇也是合成生命体必需的胆汁酸、甾醇类激素等的前体。胆固醇的代谢异常会导致许多严重的疾病。大量研究表明,体内高水平胆固醇如高胆固醇血症可直接导致动脉粥样硬化,是中风和冠心病的主要病因;老年痴呆症、肥胖症、糖尿病等的发生也与胆固醇代谢紊乱密切相关。
在正常生理条件下,高等生物细胞中的胆固醇水平被维持在一个相当狭小的范围内。胆固醇的内源合成的负反馈调控是胆固醇代谢平衡的最主要途径。羟甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMG-CoA Reductase,简称HMGCR)是胆固醇合成途径的限速酶,它的活性在多个水平上受其合成的小分子代谢物的调控。其中,甾醇促进的HMGCR蛋白降解是快速关键的调控步骤。当细胞内胆固醇量过高时,泛素连接酶gp78催化HMGCR特定位点上的泛素化,被泛素标记的HMGCR迅速降解以减少胆固醇的合成。
为深入探索gp78介导的HMGCR蛋白降解的分子机制,本文采用免疫共沉淀结合质谱分析,鉴定出Ufd1是gp78的结合蛋白,确定了Ufd1与gp78相互作用的位点,并证明二者间的直接相互作用。进一步的研究发现,Ufdl通过直接结合gp78而增强后者的泛素连接酶活性,加速HMGCR的泛素化修饰和蛋白降解。同时还证明Ufd1对gp78泛素连接酶活性的增强作用依赖于它与泛素单体的结合,而Ufd1与泛素多聚体结合并参与HMGCR泛素化修饰后的降解过程。这一结果揭示了Ufd1在甾醇促进的HMGCR的降解过程中行使双重功能。在上述研究基础上,我们进一步探索Ufd1对于胆固醇代谢的影响,实验结果表明,Ufd1通过影响HMGCR蛋白质的稳定性,调节细胞胆固醇的代谢,促进SREBP的剪切,提高低密度脂蛋白受体的表达,并最终增加细胞对于血清中低密度脂蛋白的摄取。
综上所述,我们的工作鉴定出Ufd1是一个新的gp78的结合蛋白,发现Ufd1的一个新功能—促进泛素连接酶的活性,并证明Ufd1在内质网相关蛋白质降解中发挥双重作用:增强泛素连接酶活性与促进泛素化蛋白质的降解。第一次揭示了Ufd1蛋白对于胆固醇代谢的影响。
此外,我们对Insig蛋白质的功能以及胆固醇代谢相关microRNA的功能进行了的探索,实验结果表明Smad3的表达与Insig的蛋白量相关,肝细胞中miR-122的表达受到甾醇水平的调控。