mTOR介导Greatwall-endosulfine复合物调控细胞周期的蛋白质磷酸化组学研究

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目的:mTOR(雷帕霉素靶蛋白)能够通过整合细胞内营养物质、生长因子等多种信号以实现对细胞周期进程的调节。然而,在哺乳动物细胞中mTOR调控细胞周期进程的详细机制还未见阐明。由此,本文对此进行了研究。方法:首先建立雷帕霉素抑制mTOR继而诱导细胞自噬发生的模型,利用SILAC培养联合质谱技术获得高通量的细胞自噬蛋白磷酸化组学数据;接着,借助GO、KEGG和STRING等分析工具对mTOR信号通路及应激相关的信号通路、蛋白复合物和生物过程进行富集分析;随后,以底物磷酸化基序与激酶的关系作为切入点,分别采用Motif-x和IceLogo算法识别核心基序再结合NetworkIN算法预测mTOR影响的关键激酶;之后介入酶抑制剂,以细胞流式术等手段剖析关键激酶在自噬过程中对细胞周期进程的调节作用;最后,联合蛋白免疫印迹技术、免疫共沉淀技术与BoolNet模型构建蛋白调控网络,深入探讨Greatwall-endosulfine复合体参与mTOR影响细胞周期的机制。结果:(1)获得了细胞自噬发生时蛋白质磷酸化组学图谱,共鉴定出3940种蛋白中的11,202个位点发生了磷酸化。(2)通过磷酸化组学功能分析显示,mTOR信号通路最为富集,验证了 mTOR在雷帕霉素诱导细胞自噬中的核心位置;在生物过程的富集分析中,细胞周期相关蛋白最为富集,提示细胞自噬与应激相关的细胞周期之间存在着较大的相关性;在蛋白复合物富集方面,剪接体和核孔复合体是最富集的蛋白复合物。(3)结合上述结果,通过酶与底物之间的关联性预测分析,筛选出CDK1、MAPK1/3为主的激酶相关底物发生了大量磷酸化修饰。由于CDK1 70%的底物与有丝分裂过程相关,提示CDK1可能是细胞自噬过程中调控细胞周期进程的关键激酶。(4)采用酶的抑制剂处理细胞,通过流式细胞术分析显示雷帕霉素诱导的自噬诱导了细胞周期G0/G1期的阻滞,进一步证实了 mTOR是调控细胞周期进程的关键因子。雷帕霉素和CDK1抑制剂同时处理细胞发现,共同作用的结果改变了G0/G1期细胞的比例,提示雷帕霉素诱导的G0/G1期细胞周期阻滞是通过CDK1激活来实现的。(5)结合质谱数据、蛋白免疫印迹技术与免疫共沉淀技术发现在雷帕霉素作用下GWL,ARPP19和ENSA蛋白相关位点磷酸化水平出现上调。且在雷帕霉素作用下CDK1及其底物以及cyclin B的磷酸化水平也随着时间有升高趋势。进一步通过BoolNet模型构建的蛋白调控网络发现Greatwall-endosulfine复合体存在于mTOR 与 CDK1 相关通路的中间位置。表明 mTOR 可能通过抑制Greatwall-endosulfine复合体以实现激活CDK1活性,进而实现对细胞周期的进程的调节。结论:本文获得了涵盖细胞自噬的蛋白质磷酸化组学数据,揭示了在哺乳动物细胞发生自噬的过程中,mTOR的抑制介导了 Greatwall-endosulfine复合体活性的降低及其下游CDK1的激活进而参与了细胞周期进程的调节。研究结果提示mTOR分子是调控细胞自噬和细胞周期进程的整合分子。
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