去泛素酶调控内源胆固醇合成的机制及对动脉粥样硬化发生的影响

High level of blood cholesterol is a major risk factor of atherosclerosis. The de novo biosynthesis of cholesterol is tightly regulated by mammalian cells. The sterol-promoted degradation of HMGCR, a rate-limiting enzyme in cholesterol biosynthetic pathway, is a major regulatory mechanism controlling cholesterol level. Our previous studies have found that high concentration of sterol stimulates the interaction of HMGCR with gp78, an ER membrane bound ubiquitin ligase. Gp78 catalyzes the ubiquitination of HMGCR and the latter is degraded by proteasome. In this proposal, we will screen for the deubiquitinating enzymes (DUB) involved in the sterol-regulated degradation of HMGCR pathway. The working mechanism of the DUB will be investigated. We will also generate the gene knockout mice to study the functions of the DUB in lipid metabolism, hyperlipidemia and atherosclerosis.

胆固醇代谢异常是动脉粥样硬化发生的重要危险因素。体内胆固醇合成受严格调控，其中胆固醇合成途径限速酶HMGCR蛋白的稳定性受体内甾醇水平控制，我们前期研究发现高水平胆固醇促使HMGCR蛋白结合泛素连接酶gp78，被后者泛素化修饰后降解。本申请课题将筛选参与HMGCR降解调控的去泛素酶（DUB），探索其作用机制，构建基因敲除小鼠，研究其对内源胆固醇合成的调控作用，并利用疾病模型小鼠，分析其在高脂血症和动脉粥样硬化发生中的病理作用。

胆固醇代谢异常会导致许多疾病的发生，如体内胆固醇水平过高可引起动脉粥样硬化并进而引发中风以及冠心病等；另外，胆固醇代谢失调也与老年痴呆症、肥胖、糖尿病等疾病存在密切关系。体内胆固醇合成受严格调控，其中胆固醇合成途径限速酶HMGCR蛋白的稳定性受体内甾醇水平控制，我们前期研究发现高水平胆固醇促使HMGCR蛋白结合泛素连接酶gp78，被后者泛素化修饰后降解。在本课题中我们通过共同转染的方法对人基因组编码的大约95个去泛素化酶（DUB）进行了逐一筛选。最终鉴定出HMGDUB可以调控甾醇依赖的HMGCR泛素化和降解的去泛素化酶。进而我们构建基因敲除小鼠，研究其对内源胆固醇合成的调控作用，我们发现肝脏特性敲除HMGDUB小鼠肝脏中的HMGCR蛋白减少，胆固醇合成下降。高脂饮食和年龄都可以诱导肥胖以及葡萄糖耐受不良。L-HMGDUB-/-小鼠表现为抵抗肥胖和胰岛素敏感性增强。代谢笼分析表明L-HMGDUB-/-小鼠能量消耗增加。4°C冷刺激实验结合棕色脂肪基因表达分析，显示棕色脂肪产热能力增强。综上，我们发现了HMGCR的去泛素化酶HMGDUB在调控脂质代谢和能量代谢方面发挥着重要的作用。这提示HMGDUB可作为治疗肥胖、糖尿病等代谢疾病的靶标。