E3连接酶Hrd1对核心钟蛋白BMAL1的降解调控

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目的:检测E3连接酶Hrd1对核心钟蛋白BMAL1降解的调控,进而在此基础上探究细胞内固有节律的变化。  方法:分别在小鼠神经元细胞系(N2a)细胞系及人胚肾细胞系HEK293中过表达或干扰Hrd1基因的表达,进而通过免疫印迹方法检测细胞内BMAL1蛋白水平的变化;在HEK293细胞内过表达Hrd1后,用蛋白合成抑制剂CHX处理细胞,进而分别在0h、2h、4h、8h四个不同的时间点收集细胞并通过免疫印迹的方式检测BMAL1的半衰期是否发生改变;为了探究Hrd1究竟是通过怎样的方式影响了BMAL1的蛋白水平,在 N2a细胞系或 HEK293细胞系内共转 FLAG-Hrd1及GFP-N3-BMAL1,在转染48 h后用蛋白酶体抑制剂MG132处理细胞,12 h后收集细胞并进行免疫共沉淀实验,通过免疫印迹方法检测Hrd1与BMAL1之间是否存在结合,以及在Hrd1的影响下,BMAL1的泛素化水平是否发生改变;进一步的,在HEK293细胞系中分别共转FLAG-Hrd1、GFP-BMAL1及HA-Ub(WT)、HA-Ub(K48R)或HA-Ub(K63),在转染48 h后用蛋白酶体抑制剂MG132处理细胞,12h后收集细胞并进行免疫共沉淀实验,通过免疫印迹的方法寻找在Hrd1的影响,BMAL1蛋白通过泛素化降解的位点;为了检测BMAL1蛋白水平的变化是否对下游受其调控的基因产生了影响,在N2a细胞系内过表达Hrd1,24h后收集细胞,使用实时荧光定量PCR(q-PCR)方法检测受BMAL1调控的Per1、Dbp等基因的mRNA水平的改变;在N2a细胞系内过表达Hrd1,24 h后含有马血清的培养基处理细胞,使细胞时钟节律同步化,进而每隔4h收集一组细胞,共收集了8组样品(含有一个完整的振荡周期),通过q-PCR的方式检测在Hrd1的影响下,细胞内的时钟节律是否发生改变。  结果:与对照组相比,过表达Hrd1后BMAL1的蛋白水平明显下调,而在敲减了Hrd1后,BMAL1蛋白上调;在CHX取点实验中,过表达Hrd1的实验组,BMAL1的降解速率明显快于对照组的情况;免疫共沉淀实验表明,无论是外源性还是内源性的结果,Hrd1均可与BMAL1被共沉淀下来,此外,免疫印迹的结果显示,过表达Hrd1后,BMAL1的泛素化水平明显提高;在共转了GFP-N3-BMAL1及HA-Ub(K48R)的体系内,无论是对照组还是实验组,BMAL1的泛素化水平明显下调且两者无显著差别,而在共转了GFP-N3-BMAL1与HA-Ub(WT)或HA-Ub(K63R)的体系中,与对照组相比,过表达Hrd1后BMAL1的蛋白水平均明显上调;同对照组相比,过表达Hrd1以后 Per1,Dbp的mRNA水平均明显下调,BMAL1的mRNA水平则无明显差异;而在用马血清处理使细胞同步化的试验中,同对照组相比,过表达Hrd1后,Per1基因在整个振荡周期各个时间点的振幅都明显减弱,振荡周期也有所延伸。  结论:E3连接酶Hrd1可以将核心钟蛋白作为其特异性底物与之结合,进而通过促进其泛素化水平的方式使之通过泛素-蛋白酶体系统被降解,并通过对BMAL1蛋白降解的调控来影响细胞内时钟节律地震荡过程。
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