家蚕Atg8蛋白乙酰化修饰对细胞自噬及凋亡的调控机制研究

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自噬(Autophagy)是真核生物中用于物质周转的一个高度保守的过程,以应答外界胁迫条件,保障生命体生存。在该过程中,一些需要被降解的蛋白或细胞器会被具有双层膜结构的自噬小体包裹并运输至溶酶体。这一过程需要许多自噬相关蛋白(Autophagy-related protein,Atg)的参与。Atg8蛋白(Autophagy-related8protein)作为两种泛素样蛋白之一参与了细胞自噬过程,它可与脂质磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylathanolamine,PE)结合,随后转移至自噬膜上,并且Atg8的蛋白修饰会影响其行为,这些分子机制在哺乳动物中已经被研究地较为透彻,但其在昆虫细胞中的自噬调控机制报道很少,尤其是蛋白的翻译后修饰的调控作用。家蚕作为鳞翅目的模式生物,其完全变态发育的过程受到营养及蜕皮激素等因子影响,而这些因子又能参与自噬的调控,因此,深入研究家蚕Atg8蛋白对细胞自噬及凋亡的调控机制具有重要意义。  我们前期的家蚕蛋白乙酰化修饰组学分析结果显示,Atg8的K13位点可发生乙酰化修饰,由于蛋白的乙酰化修饰是对蛋白功能起调控作用的最主要翻译后修饰之一,在生命体中具有十分重要的作用,因此,在本研究中,为了深入了解家蚕Atg8蛋白乙酰化修饰对细胞自噬过程和细胞凋亡的分子调控机制,我们利用原核表达系统大量表达了家蚕Atg8蛋白并制备了多克隆抗体,并利用定点突变技术深入研究了该蛋白乙酰化修饰对细胞自噬和细胞凋亡调控的分子机制。首先,提取家蚕细胞总RNA,利用RT-PCR技术克隆了atg8基因,构建原核表达载体pET28a-atg8,诱导表达目的蛋白并进行纯化,免疫新西兰大白兔制备多克隆抗体。然后利用EBSS(Earles Balanced Salt Solution)刺激家蚕BmN细胞以建立细胞的自噬模型,研究饥饿时间对家蚕Atg8蛋白表达水平的影响。结果显示:细胞自噬在诱导后极短时间内即可发生,并且Atg8-PE/Atg8的比例在饥饿2-4h后达到顶峰。然后利用重叠PCR技术分别构建了模拟乙酰化和去乙酰化的突变体,并插入瞬时表达载体pIEX-1中,转染家蚕BmN细胞进行过表达,Western blot检测结果显示:Atg8乙酰化修饰抑制了细胞自噬的发生。进一步利用荧光蛋白mCherry作为标记,以pIEX-1作为载体,在家蚕细胞中进行融合表达,观察Atg8发生修饰前后细胞自噬的水平差异,结果显示:Atg8乙酰化后的细胞自噬水平较低,而去乙酰化的Atg8自噬水平升高。最后,利用DNA片段化检测试剂和细胞流式细胞术分析家蚕Atg8蛋白乙酰化修饰对细胞凋亡的影响,结果显示:发生了乙酰化修饰的Atg8蛋白,其所在的细胞凋亡比率更高。  综上所述可知,家蚕自噬相关蛋白Atg8的K13乙酰化修饰对细胞自噬的发生具有抑制作用,并且去乙酰化会一定程度的抑制细胞凋亡的发生。本结果将为深入研究家蚕细胞自噬调控的分子机制奠定基础。
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