SpTrz2调控粟酒裂殖酵母线粒体介导的细胞凋亡机制的研究

Mitochondria have been shown to play key roles in many instances of apoptosis. Recent studies implicate the dysregulation of apoptosis in the pathophysiology of several human diseases, including AIDS, neurodegenerative disease, and cancer. sptrz2, a tRNase ZL gene in Schizosaccharomyces pombe, has high homologe to the ELAC2 as a gene therapy a prosate cancer-associated protein. We found that overexpression of SpTrz2 induced apoptosis in fission yeast. MitoTracker staining reveals mitochondrial dysfunction, Electron microscopy shows chromatin condensation and disappearance of the nuclear envelope and upregulated of mitochondrial apoptotic factors aif1 and htra1. There is no reported about Sptrz2 function and apotosis related in S. pombe. Most of proteins have same functions in S. pombe cells and mammalian cells, and it provides a good model system of molecular genetics studies of eukaryotic genes. We have used fission yeast (S.pombe) as a model system to study the mechanism of apoptosis helps to understand the occurrence and mechanism of apoptosis related diseases for disease prevention and treatment of the new strategy.

线粒体介导的凋亡途径在细胞凋亡的调控过程中起到了中心作用。人类线粒体介导的细胞凋亡异常与神经退行性疾病和癌症等多种疾病有密切关系。SpTrz2是粟酒裂殖酵母长型核酸内切酶（tRNase ZL），与人类前列腺癌相关基因tRNase ZL（ELAC2）高度同源。申请人前期研究发现高表达SpTrz2会导致裂殖酵母线粒体形态发生改变，出现细胞核染色质收缩，细胞核膜溶解等细胞凋亡的现象。定量PCR发现线粒体凋亡激活因子aif1和htra1表达上调。我们推测SpTrz2可能参与裂殖酵母中线粒体介导的凋亡途径。在国内外的研究中尚未有sptrz2调控细胞凋亡的相关研究报道。粟酒裂殖酵母是一种优秀的模式生物，许多重要生物过程与人接近。因此，本申请拟通过利用裂殖酵母为模型研究sptrz2调控的线粒体介导的凋亡，本项目开展为了解tRNase ZL及凋亡相关疾病的发生机制和寻找新的疾病预防及治疗的策略提供新思路。

线粒体介导的凋亡途径在细胞凋亡的调控过程中起到了中心作用。人类线粒体介导的细胞凋亡异常与神经退行性疾病和癌症等多种疾病有密切关系。SpTrz2是粟酒裂殖酵母长型核酸内切酶（tRNase ZL），与人类前列腺癌相关基因tRNase ZL（ELAC2）高度同源。tRNase Z是负责tRNA 3'末端成熟的必需核酸内切酶。裂殖酵母裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）含有两个tRNase ZL基因（trz1和trz2），分别参与核和线粒体tRNA 3'末端加工。高表达trz2能够导致细胞死亡，而高表达trz1细胞仍然能够正常生长。在我们的研究工作中，通过DAPI和ANIXV-FITC染色结果, 我们表明trz2的过度表达导致凋亡细胞从而引起细胞死亡。trz2的过度表达导致线粒体损伤和活性氧（ROS）形成水平升高。这种效应需要Trz2的线粒体定位序列，但不依赖于其内切酶的催化能力。RNA测序（RNA-seq）和定量PCR分析显示trz2的过度表达影响铁摄取和/或铁稳态基因的表达，表明OETrz2菌株中细胞内铁水平升高。用铁螯合剂（BPS），而不是钙螯合剂（EGTA）能够几乎恢复了OETrz2株的细胞存活率，并降低了高表达菌株中的ROS水平。这些结果表明过表达trz2基因影响了铁动态平衡的摄取。我们的结果也表明，OETrz2菌株线粒体损伤可能导致铁稳态，活性氧积累从而引起粟酒裂殖酵母的凋亡导致细胞死亡。本项目研究为了解tRNase ZL及凋亡相关疾病的发生机制和寻找新的疾病预防及治疗的策略提供新的思路。