酿酒酵母中小G蛋白Ypt1对Ypt6在细胞外吐和细胞自噬过程中功能互补的研究

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Ypt6和Ypt1属于酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)小G蛋白Rab家族的两个成员,和其它小G蛋白一样,也需在GTP结合态和GDP结合态之间循环,并利用其处于GTP结合态的形式与下游效应物结合发挥功能。Ypt6从GTP结合态向GDP结合态转变的过程中需要GEF(Guanine nucleotide exchange factors)复合物Rgp1-Ric1的激活。YPT6是酿酒酵母中的非必需基因,它的缺失不会造成细胞死亡,但其生长表现出对高温敏感。RGP1或RIC1的缺失会导致菌株生长对高温敏感,并且可以通过过量表达YPT6来抑制这一温敏感表型。生理生化实验表明Ypt6在调控囊泡运输的分泌途径:从ER到Golgi,和/或者cis-Golgi到medial-Golgi的早期阶段起作用。YPT6和相关的RGP1或RIC1突变菌株中一些分泌性的蛋白酶如蔗糖酶(Invertase),羧肽酶Y(Carboxypeptidase Y,CPY)的正常成熟和分泌受阻,其中CPY的积累会形成独特的ER或cis-Golgi形态,并且YPT6的缺失会导致少量的CPY错分泌到细胞表面。此外,Ypt6也被指出与细胞自噬有关,Ypt6相关基因的缺失会影响细胞自噬中的选择性Cvt(Cytoplasm to vacuole targeting)途径,但是不会影响非选择性自噬的正常进行。   有报道指出,在ypt6ts菌株中过量表达Ypt1可以恢复其在高温下的生长,但具体的作用机制尚不清楚。Ypt1是酿酒酵母中第一个被鉴定出来的Rab小G蛋白,分布于内质网和高尔基体上,参与囊泡从内质网向高尔基体的运输过程,另外直接或间接参与了微管组织的形成和功能的发挥,参与囊泡运输的融合过程。生长的缺陷与多种生理过程的缺陷有关,而Ypt1可能在一定程度上恢复了ypt6ts菌株中这些有缺陷的生理过程,并对Ypt6的GEF亚基突变菌株,RGP1或RIC1敲除菌株,具有类似的恢复作用。   本研究主要探讨在细胞外吐和细胞自噬两种生理过程中Ypt6及相关蛋白Rgp1和Ric1突变或缺失所导致的功能缺陷,及Ypt1对这些缺陷的功能互补。实验结果显示,Ypt6或其GEF亚基(Rgp1、Ric1)的缺失在表现出生长对高温敏感的同时导致GFP-Snc1所标记的细胞外吐途径运输受阻,而过量表达Ypt1可以抑制这些突变菌株的高温敏感性并恢复GFP-Snc1在内质网和质膜之间的运输,进而帮助这些突变菌株中细胞外吐过程的正常进行。通过FM4-64染色发现,过量表达Ypt1对这些突变菌株中液泡形态的恢复也有帮助作用。另外,在饥饿条件下,YPT6或RGP1、RIC1突变的菌株中自噬存在缺陷,主要体现在用于跟踪自噬变化的GFP-Atg8在突变体中降解滞后。同样,在ypt6ts、ric1△、rgp1△或者ric1△rgp1△突变菌株中过量表达Ypt1可以恢复这些菌株的生长并抑制这些突变菌株的自噬缺陷,帮助GFP-Atg8送往液泡中进行降解。在这些不同的突变体中,可同时用于跟踪选择性Cvt途径和非选择性自噬的另一个蛋白分子Ape1,无论在营养丰富还是营养缺乏的条件下,Ape1的成熟均受到了影响,而过量表达Ypt1可以抑制这些突变菌株中Cvt运输途径的缺陷,帮助前体状态的Ape1运往液泡中成熟。本研究还发现虽然过量表达Ypt1能帮助ypt6ts、ric1△、rgp1△或者ric1△rgp1△突变菌株完全恢复在高温下的生长,但却不能恢复Ypt6在突变菌株细胞内的正确定位,说明Ypt1不是通过恢复Ypt6的功能起作用,而是在功能上与Ypt6有一定的冗余。   本研究的实验结果显示Ypt1对Ypt6相关突变体中两种不同的生理过程(细胞外吐和细胞自噬)均能进行互补,暗示着细胞内的细胞外吐(囊泡运输)和细胞自噬之间可能存在密切的联系。而酿酒酵母小G蛋白Ypt1对Ypt6相关突变体中各种缺陷的功能互补,说明Ypt1可以行使Ypt6的部分功能,促进细胞内的囊泡运输与细胞自噬等生理过程,从而维持正常的生理代谢,恢复温敏感突变菌株的生长,从一定程度上阐释了Ypt1恢复ypt6ts温敏感性的作用机理。
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