WASH蛋白新功能及其调控作用的分子机制研究

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WASH蛋白是WASP蛋白家族的新成员。WASH蛋白定位于细胞浆中的内涵体上,介导了内涵体上膜结构的分选过程。但WASH体内的生理功能尚未明了。自噬是细胞内重要的生物学现象,它参与了对细胞内长周期蛋白的降解以及对病变细胞器的清除。本文详细阐述了WASH蛋白在自噬发生过程中的调控机理,以及WASH蛋白在免疫细胞发育分化中的作用;同时,本文还阐释了自噬在iPS形成过程中的作用及调控机理。  本文第一部分研究的是WASH蛋白在自噬中的调控作用。我们首先制备了WASH基因条件性敲除的小鼠。WASH基因全身性敲除的小鼠胚胎在发育到7.5天的时候出现异常,并在11.5天的时候被吸收掉。通过对胚胎期第7.5天胚胎的电镜观察,我们发现,其细胞内出现大量的自噬小体结构,说明WASH蛋白可能抑制了自噬的发生。进一步的研究表明,WASH与自噬小体存在共定位,WASH基因的缺失会导致自噬剧烈发生。通过酵母双杂交,我们发现WASH与Beclin1存在相互作用。而Beclin1在自噬过程中会发生非降解型的泛素化,泛素化后的Beclin1与Vps34的结合能力更强,有利于自噬的进一步发生。WASH竞争性地破坏了Beclin1与其E3连接酶Ambra1的结合从而抑制自噬的发生。我们还发现,在自噬发生的过程中,WASH蛋白招募了RNF2蛋白对Ambra1进行泛素化修饰。RNF2是Ambra1的E3连接酶,它介导了对Ambra1的降解,继而促进了WASH下调自噬的作用。该研究揭示了细胞内自噬精密调控的新机制,对自噬的抑制性研究提供了新的线索。  同时我们还发现,WASH因对于造血细胞的发育分化有着重要作用。为了更好地研究WASH基因在造血干细胞中的作用,我们得到了能够在骨髓系统中条件性地敲除WASH基因的小鼠。我们发现,条件性地敲除WASH因的小鼠表现出贫血的症状。进一步的实验发现,WASH因缺失会使得小鼠骨髓中的LT-HSC的数量显著增多,其向成熟细胞分化的能力受到抑制。WASH因的缺失打破了骨髓中LT-HSC分化与自我更新的平衡。我们还发现WASH定位于LT-HSC的细胞核内,并且能够启动细胞核内肌动蛋白的聚集。WASH通过其肌动蛋白聚集的功能促进了c-Myc基因的转录。c-My基因的转录对促进LT-HSC的分化是必需的。我们首次揭示了WASH对造血细胞分化调控的新功能及其调节机制。  在第二部分的研究中,我们发现自噬对iPS形成至关重要。在iPS形成的过程中,如果细胞缺失自噬相关基因,iPS克隆就不能够有效地形成。这说明,自噬是iPS克隆形成的前提。我们用自噬缺失的细胞进行畸胎瘤形成实验时发现,自噬缺陷的细胞不能够形成明显的畸胎瘤,提示自噬在这个过程中发挥着重要作用。另外,我们通过荧光的方法检测了细胞在形成iPS过程中自噬的发生情况,我们发现,在iPS形成过程中,自噬有一个动态调控的过程。我们还发现,在iPS形成早期,mTOR的蛋白水平出现了下降,从而上调了自噬发生。进一步研究发现,Sox2蛋白能够结合在mTOR的启动子区域,抑制mTO基因的转录。我们深入研究发现,Sox2蛋白通过招募NuRD复合物抑制了mTO尺基因的转录,上调了自噬的发生,启动了iPS细胞的形成。通过对受精卵发育过程的研究,发现在4-8细胞期也存在着Sox2对于mTOR表达的抑制和自噬的发生,证明在生理性的重编程过程中有着类似的调控机制。我们揭示了转录因子Sox2调控细胞自噬参与细胞重编程的分子机制,首次证明自噬过程对于iPS细胞的诱导形成至关重要。
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