蜕皮激素诱导脂肪降解和PKC磷酸化调控蜕皮激素信号转导的机理

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hamainini
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蜕皮激素(20-hydroxyecdysone,20E)与其受体复合体EcR/USP结合后诱导众多反应基因的表达,对昆虫的发育、变态和生殖起着关键性的调控作用。在本博士论文中,我们以家蚕和果蝇为模式昆虫,探究了蜕皮和变态期间蜕皮激素诱导脂肪体内甘油三酯降解的生理机制,并初步解析了果蝇幼虫.蛹变态期间PKC调控USP磷酸化以及蜕皮激素信号转导的分子机制。  昆虫的EcR和USP分别是脊椎动物核受体FXR/LXR和RXR的直系同源蛋白。FXR/LXR和RXR对体内脂肪代谢具有重要的调控作用,但人们对蜕皮激素受体复合体EcR/USP是否具有调控昆虫脂肪代谢的生理功能所知甚少。在本研究中,我们发现家蚕幼虫蜕皮和幼虫.蛹变态期间血淋巴中甘油二酯含量升高、脂肪体内甘油三酯脂酶活性增强、甘油三酯含量降低,该现象与蜕皮和变态期间血淋巴中蜕皮激素滴度升高相吻合。5龄第2天的家蚕幼虫注射蜕皮激素后,血淋巴中甘油二酯含量逐渐升高,脂肪体内脂酶活性升高、甘油三酯含量逐渐降低。但是,蜕皮激素并不能促进体外培养的家蚕脂肪体内甘油三酯的降解;利用果蝇遗传操作技术特异性在脂肪体内超表达无活性的蜕皮激素受体(EcRDN)阻断蜕皮激素信号转导,脂肪体内甘油三酯含量也没有发生显著变化。进一步研究发现,5龄第2天的家蚕幼虫注射蜕皮激素后,摄食量逐渐减少并进入饥饿状态。甘油三酯脂酶Brummer在脂肪体内特异性表达,而且Brummer转录水平发育变化模式与血淋巴甘油二酯含量发育变化趋势相似。脂肪体Brummer转录水平受饥饿诱导;蜕皮激素对脂肪降解的促进效果与饥饿非常相似,但作用相对缓慢。我们还发现蜕皮激素可以诱导代谢调控过程中发挥重要功能的蛋白激酶——AMPK(AMP-activatedprotein kinase)磷酸化水平的升高,而磷酸化的AMPK是饥饿的一个基本分子标记。这些研究结果表明蜕皮和变态期间,蜕皮激素抑制昆虫摄食并诱导饥饿,从而促进脂肪体内甘油三酯的降解。  配体与其核受体结合后诱导下游靶基因表达进而发挥一系列生理功能,研究表明核受体活性还受到多种翻译后修饰的调控,磷酸化修饰是其中一种重要的调控方式。前人发现昆虫USP是磷酸化蛋白,其磷酸化状态受到PKC调控,但USP的PKC磷酸化位点尚未被鉴定,而且PKC影响蜕皮激素反应基因表达的分子机制也未被阐明。利用GAL4/UAS遗传操作系统特异性抑制果蝇唾液腺细胞中的PKC活性,发现幼虫-蛹变态期间蜕皮激素反应基因Br蛋白含量下降,USP的磷酸化水平略微降低,E75和Br的表达水平降低。细胞学实验结果表明,PKC抑制剂CC可以抑制蜕皮激素诱导的萤光素酶报告基因活性和USP的磷酸化。质谱分析发现USP序列中存在两个磷酸化位点:35位(Ser35)和356位(Ser356)丝氨酸分别是潜在的PKC和PKA位点。将Ser35突变为Ala后,USP磷酸化条带消失,而将Ser356突变后,USP条带没有变化,证明USP的Ser35是具有功能的PKC磷酸化位点。将EcR、野生型或点突变的USP、以及蜕皮激素诱导的萤光素酶报告基因载体共转染果蝇S2细胞,发现USP点突变后蜕皮激素诱导的报告基因活性降低了约30-40%。这些研究结果不仅确证了PKC促进蜕皮激素信号转导,并且证明USP的PKC磷酸化位点Ser35在蜕皮激素信号转导过程中发挥重要的调控作用。  在本研究中,我们得出了两个重要结论:1、蜕皮激素通过抑制昆虫摄食并诱导饥饿,从而促进蜕皮和变态期间昆虫脂肪体内甘油三酯的降解;2、PKC参与果蝇蜕皮激素信号转导,USP的PKC磷酸化位点Ser35在蜕皮激素信号转导过程中发挥了重要的调控作用。在这些研究结果的基础上,我们将对家蚕Brummer的转录调控机制展开进一步研究;并利用遗传操作技术寻找果蝇中调控USP磷酸化的PKC isoform,深入解析PKC磷酸化调控蜕皮激素信号转导的分子机理。
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