棕榈酸酰基转移酶DHHC16对视网膜双极细胞功能的影响

Despite the well-known significance of protein palmitoylation in neuronal functions, little is known about protein palmitoylation in the retina or visual signal transduction. Retinal bipolar cells are important in phototransduction. Previously we have shown that one of the palmitoyl acyl transferases, DHHC16, was needed for embryonic eye development. Here we hypothesize that DHHC16 affects the function of bipor cells through the regulation of protein palmitoylation. We constructed a mouse model with bipolar/Muller cell-specific DHHC16 deficiency: Chx10-Cre/DHHC16loxP. Initial studies of these mice revealed significantly reduced b-wave amplitude on electroretinography with signs of defective ON- and OFF-bipolar cell functions. We propose to carry out detailed ERG analysis as well as whole-cell patch clamp studies on retina tissues to further characterize the defects associated with DHHC16 knockout in bipolar cells. We will also study the differentiation, growth, apoptosis and senescence of these cells. We will explore the substrates of DHHC16 by comparing the palmitoylomes between normal and DHHC16 deficient bipolar cells. In addition, we will focus on the palmitoylation of proteins known to be important to the bipolar cell neuron transmitter signal transduction. Taken together, this study will reveal the role of DHHC16 in bipolar cell function and possibly new mechanisms in regulating bipolar cell activity.

棕榈酸转移酶催化的蛋白质棕榈酰化广泛存在于神经细胞中，调控神经递质的信号传导，并与多种神经系统疾病发病有关，然而视网膜神经细胞中蛋白质棕榈酰化修饰的研究几乎空白。本课题组率先开展对其中一种PAT酶DHHC16的研究，构建了双极细胞特异性DHHC16基因敲除小鼠Chx10-cre/DHHC16loxp，并发现该小鼠视网膜电图b波异常，据此我们提出“DHHC16棕榈酸酰基转移酶可能通过影响双极细胞中蛋白质棕榈酰化从而影响其对视觉信号的传递”的假设。我们将运用视网膜电图和全细胞膜片钳技术从整体和细胞水平分析DHHC16敲除小鼠中各类双极细胞对光和神经递质反应的异常，并分析其生长、凋亡、衰老和抗氧化应激反应的表现，最后结合棕榈酰化蛋白质组化研究，寻找双极细胞内DHHC16修饰的蛋白质图谱和导致其功能异常的靶蛋白，为深入了解双极细胞视觉信号传递机制提供新的认知，为治疗相关疾病提供新靶点。

棕榈酸转移酶催化的蛋白质棕榈酰化广泛存在于神经细胞中，调控神经递质的信号传导，并与多种神经系统疾病发病有关，然而视网膜神经细胞中蛋白质棕榈酰化修饰的研究几乎空白。本课题组率先开展棕榈酸转移酶在视网膜中的功能的研究，发现其中zDHHC16为视网膜组织发育必不可少，其作用机制涉及DNA氧化应激反应（以上文章发表于PNAS 和BMC Mol Biol），在此基础上我们聚焦在视网膜二级神经元细胞-双极细胞中受棕榈酰化调控的mTORC1信号通路，建立了Chx10-creTsc1f/f小鼠系，发现双极细胞中特异性地上调mTORC1信号通路导致视网膜组织出现早衰现象，表现在双极细胞树功能和形态异常，同时小鼠视网膜电生理异常，进一步探究发现视网膜小胶质细胞的炎性激活是介导其早衰的重要机制。我们的研究第一次将双极细胞代谢和视网膜老化和变性以及小胶质细胞活化从机制上联系起来(oxidative medicine and cellular longevity 2021). 另一方面，我们发现了一个zDHHC16重要的修饰靶蛋白NPC1. 通过棕榈酰化组学我们在人视网膜色素上皮细胞中发现了一系列新的棕榈酰化蛋白，其中包括NPC1，这是一个在溶酶体中控制胆固醇转运的跨膜蛋白，我们进一步确定了其棕榈酰化位点和其胆固醇转运活性的相关性，发现其中氨基酸位置799和800的棕榈酰化对其转运活性尤其重要，我们的发现为进一步明确NPC1在胆固醇代谢中的作用提供了重要的信息。由于胆固醇代谢在RPE细胞中的重要性，我们的发现也为一些老年性视网膜疾病的发病，例如老年黄斑变性的发病，提供了新的靶点和线索(Frontiers in aging neuroscience 2022)。在和临床相关研究中，我们发现了和两种眼内常见肿瘤：视网膜母细胞瘤和脉络膜黑色素瘤，预后和转移相关的基因特征，文章发表于Experimental Eye Research, Europaean Journal of Neurology 和Frontiers in Cell and Developmental Biology等。本课题共产生SCI论文8篇，培养博士研究生一名，硕士研究生一名。