FADD调控骨骼肌再生及细胞周期的作用及机制

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FADD(FAS-associated protein with death domain)在1995年被发现之后一直被认为是一个介导死亡受体(death receptor,DR)传导的细胞凋亡信号途径的重要接头蛋白。之后的研究表明,FADD也参与细胞增殖、细胞周期、肿瘤发生、炎症反应、天然免疫、自噬、胚胎发育、淋巴细胞的激活及增殖和心脏发育等非细胞凋亡过程,并且越来越多的研究表明FADD的这些非凋亡功能是不依赖于死亡受体的,但依赖于FADD的亚细胞定位和磷酸化状态。因此,对很多细胞事件来说,FADD都是一个重要并且独特的调节者。本论文研究了FADD在骨骼肌再生和细胞周期调节中的作用、并对其机制进行了探讨。  成年哺乳动物的骨骼肌是一个很稳定的组织,日常磨损造成的微小损伤会引起肌肉纤维的缓慢代谢,在严重创伤之后骨骼肌具有快速再生的能力。肌肉再生与胚胎时期的肌肉发育有很多相似之处:首先需要肌肉干细胞的激活和大量增殖,之后增殖过后的前体细胞开始分化并融合成为肌管,最终由这些肌管和运动神经元、血管还有细胞外结缔组织一起形成具有收缩能力的肌肉组织。  Notch信号通路参与了肌肉干细胞即卫星细胞的激活和增殖,Wnt信号通路主要参与肌肉前体的分化和融合。肌肉前体细胞从增殖向分化的转化即从Notch信号通路和Wnt信号通路的转化对肌肉再生是极其重要的。Notch信号通路的持续激活会抑制Wnt信号通路从而抑制肌肉再生。我们发现FADD191位丝氨酸永久磷酸化突变的转基因小鼠(FADD-D小鼠)的骨骼肌再生受阻。进一步的研究发现,在骨骼肌再生早期FADD-D小鼠卫星细胞的激活与增殖与正常小鼠没有明显差异,但FADD-D小鼠肌肉前体细胞的分化与融合明显受阻,这一结果表明FADD-D小鼠的肌肉组织中很有可能Notch信号通路过度激活,后续的研究也证实了这一结论。  PKC属于AGC激活家族,它可被生长因子受体通路产生的第二信号激活并启动一系列下游的信号通路,实现细胞外刺激信号向细胞内信号通路的转接。本论文研究证实FADD负调节PKCα的稳定性和活性、而FADD191位丝氨酸的磷酸化负调节FADD对PKCα的调控作用,因此FADD-D小鼠中PKCα活性上调。抑制PKCα的活性能够回复FADD-D小鼠的肌肉再生,PKCα通过抑制配体非依赖的Notch-1降解来稳定Notch-1,因此FADD通过PKCα实现对Notch信号通路的调节。  FGF受体通路在肌肉再生的早期也是激活的,并参与卫星的激活与增殖。但FGF受体通路与Notch信号通路之间是否有相互作用目前还不清楚。在我们的研究中发现,bFGF刺激可以显著增加Notch-1与PKCα的相互作用并同时上调PKCα的磷酸化水平,因此FGF受体通路很有可能通过PKCα实现与Notch信号通路的相互作用。  综上,我们推测:FGF受体通路通过磷酸化PKCα来激活Notch信号通路,而FADD通过对PKCα的去磷酸化来终止Notch信号通路。我们的研究结果揭示了骨骼肌再生早期Notch信号通路调节的新的机制。  作为一种凋亡接头蛋白,前期大量的文献报道FADD对细胞周期有着显著的调控作用,因此我们对FADD-/-的MEF细胞的细胞周期进行了检测,结果发现FADD-/-的MEF细胞出现了细胞周期G2/M期阻滞。分子水平的研究发现,FADD-/-的细胞中p-Y15-cdc2和Cyclin B1表达异常,这与细胞周期阻滞在G2/M期的表型是一致的。FADD-/-细胞因此无法进行有效的有丝分裂,因此细胞出现了四倍体及多倍体细胞。FADD-/-的MEF细胞还出现了衰老(senescence)的表型以及衰老相关的蛋白的高表达。细胞进入衰老程序主要依赖于p53-p21信号通路和p16通路的激活,而这两条通路在FADD缺失的条件下都是显著上调的。  进一步的研究发现FADD-/-的细胞中ROS水平升高,而ROS在许多条件下通过p53促进衰老的发生,并且p53-p21通路对G2/M期亦有调控作用。因此,FADD很可能通过抑制ROS的水平来抑制p53的激活。  综上,我们推测FADD缺失后,细胞内ROS的水平上升,促进了p53和p21的表达,从而抑制了细胞周期的G2/M期的转换并促进细胞进入衰老状态。
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