伴侣蛋白信号网络调控肝脏蛋白合成的机理

The endoplasmic reticulum is one of the most important sites for the synthesis of glucose, lipids and proteins, and a critical player in the regulation of secretion and calcium homeostasis.The perturbation of ER function and induction of ER stress provides a mechasnistic link from obesity to insulin resistance and metabolic syndrome.Under obese conditions, the hepatic ER exhibits critical defects in the excessive synthesis of lipids, reduction of protein synthesis and faulty calcium storage.Here we proposed a three-pronged approach to investigate novel avenues of systematically restoring these abnormalities. First, we will apply polysome profiling technology to quantitativel map physio/pathological regulations of protein synthesis in lean and obese mice throughout their life time. Second, we will purify signaling complexes associated with ER chaperones that regulate protein synthesis and study their mechanism of action. Lastly, we will generate mouse models to elucidate how signaling networks nested around ER chaperones may participate in the physiological and pathological regulation of liver function, and how their manipulation may lead to the restoration of ER homeostasis and the amelioration of metabolic syndrome. Through these work, we hope to open up novel avenues for targeting ER in disease prevention and treatment.

内质网是细胞内糖、脂、蛋白合成的最重要场所，也是调控细胞分泌与钙离子稳态的重要细胞器。内质网稳态的破坏和内质网应激是联系肥胖与胰岛素抵抗以及代谢综合征的一个重要的机理。肥胖情况下肝脏内质网表现出脂肪合成与分泌过多，蛋白合成被抑制，钙储存能力下降等一系列缺陷。为了探索肥胖条件下整体性恢复肝脏与内质网功能的途径，本项目将一方面利用内质网多核糖体谱法测定并比较正常和肥胖小鼠蛋白合成调控的差异，另一方面通过纯化连接细胞质和内质网的伴侣蛋白复合体的方式解析细胞调控质网蛋白合成的信号通道。最后我们将通过构建模式小鼠阐明内质网伴侣蛋白复合体介导的信号通路在调节肝脏蛋白合成，消除脂肪肝和治疗代谢综合征方面的可能的机理和前景。

本项目围绕肝脏内质网伴侣蛋白调控蛋白质合成调控这一主题，首先通过多核糖体谱法定量分析了衰老和肥胖调控肝脏蛋白质合成这一现象。在此基础上我们对调控肝脏蛋白质合成的分子机制进行了筛查并建立细胞和小鼠模型进行分析。一方面，我们发现eIF2磷酸化可能是调控小鼠肝脏在肥胖和衰老过程中蛋白质合成下降的一个重要因素。我们构建了eIF2杂合子小鼠发现eIF2基因剂量的降低特异性的影响脂肪的堆积而肌肉组织则反而有增加，葡萄糖耐受也明显增强。另一方面，我们发现肥胖小鼠模型中也存在显著的内质网伴侣蛋白下调，比如Dnajb9的下降达一倍左右。因此，我们以Dnajb9为诱饵捕捉到了大量的结合蛋白，特别是mTORC2蛋白质复合体。我们的工作中发现Dnajb9能够调控mTORC2蛋白的组装并影响胰岛素信号和蛋白质合成。在Dnajb9缺陷小鼠中发现肝脏蛋白质合成下调，脂肪堆积增加。我们由此初步判断Dnajb9下调可能与肥胖脂肪肝的发生有关。通过Dnajb9的过表达，我们发现Dnajb9表达水平的升高确实能显著改善胰岛素信号和脂肪肝，进一步验证了我们的想法。因此，本项目首次从蛋白质合成的角度研究了肥胖和脂肪肝发生的原因，并解析了eIF2a和内质网伴侣蛋白在通过调控蛋白质合成并影响胰岛素信号和代谢性疾病发生的分子机理。