DNA损伤诱导内质网形态变化机制及生理意义

The endoplasmic reticulum (ER) plays important roles in various physiological processes such as protein synthesis and secretion, calcium homeostasis and lipid metabolism. Morphologically, the ER is divided into perinuclear sheets and a tubular network to exert different functions. However, it’s largely unknown how the ER morphology is regulated under different physiological conditions or environmental stress. Proper response to DNA damage is necessary for the survival of cell and individuals. Our preliminary data show that under DNA-damaging conditions, the ER morphology changes dramatically, which may possibly be mediated by EI24, a p53 downstream protein. In this project, we will investigate how DNA damage regulates ER morphology, the role of EI24 in this process, as well as search for other potential regulators, so as to reveal the molecular mechanism of DNA-damage-induced ER morphological change. Moreover, we will also study the function of ER morphological change following DNA damage. This project will uncover the dynamic regulation of ER morphology under DNA damage and its physiological significance, which will also provide theoretical support for related diseases.

内质网在蛋白质合成和分泌、钙离子稳态调控以及脂质合成等重要细胞生理过程中发挥关键作用。在形态上,内质网可分为管状和片层状二种类型，它们的形成和维持受内质网形态塑造蛋白、细胞骨架等多种因子调控。但是对于不同生理条件或者环境因素刺激下内质网形态变化的机制尚不清楚。DNA损伤应答对细胞和个体存活至关重要。我们初步结果表明，在诱导DNA损伤后，内质网形态发生剧烈变化，并且该过程可能通过p53下游蛋白EI24介导。在本项目中，我们将研究DNA损伤与内质网形态变化之间的相关性，深入研究EI24调控DNA损伤诱导的内质网变化的机制，同时进一步寻找其它在DNA损伤条件下参与调控内质网形态变化的蛋白，探讨DNA损伤调控内质网形态变化的分子机制。此外，还将阐明DNA损伤后内质网形态变化的生理功能。本项目的实施将揭示DNA损伤诱导内质网形态动态变化过程、调控机制及其生理意义，为相关疾病防治提供理论依据。

内质网主要可分为管状和片层状二种形态，对于细胞如何维持这二种形态的动态平衡，特别是在不同的生理或病理条件下，如DNA损伤、内质网应激和细胞凋亡等情况下，内质网形态是否发生动态变化以及其生理意义是什么等研究还非常缺乏。本项目研究发现临床上常用的抗癌药物，拓扑异构酶抑制剂etoposide、camptothecin和doxorubicin处理细胞诱导DNA损伤使得p53表达量上调，继而引起下游内质网结构蛋白EI24和REEP1/2的表达量升高，从而促进管状内质网的扩张。在DNA损伤条件下， EI24和REEP1/2通过其发卡疏水结构域，协同作用促进管状内质网的扩张；并且EI24介导内质网钙离子通道IP3RIII和VDAC2相互作用，形成新的内质网-线粒体连接，促进钙离子从内质网向线粒体流动，进而导致线粒体钙超载和细胞凋亡。有报道称乳腺癌与EI24突变相关，本项目研究结果显示，EI24与乳腺癌相关的两个突变位点正好位于EI24的第一个发卡疏水结构域处，这两个突变导致EI24失去了在DNA损伤条件下使得管状内质网扩张以及与线粒体蛋白VDAC2相互作用的能力，从而无法诱导细胞凋亡。综上所述，本项目阐述DNA损伤诱导管状内质网扩张，内质网与线粒体相互作用及细胞凋亡这样一个全新的DNA损伤应答过程，这种应答通过p53激活EI24和REEP1/2的表达来实现，并且通过形成一个新的由EI24、IP3RIII和VDAC2组成的内质网-线粒体连接复合物，特异性介导DNA损伤诱导的细胞凋亡。