Sty1-Oxs1信号途径调控氧化应激的机制研究

Oxidative stress plays a critical role in the induction of apoptosis and disease, however, the mechanisms remains poorly understood. Previous results showed that Oxs1 is a new eukaryotic gene involved in oxidative stress (Nucleic acids research, 2017). Based on yeast, the molecular regulation of Oxs1 in the oxidative stress were studied. Pilot results showed that overexpression Oxs1 promoted Sty1 accumulation in the nucleus, as well as improved Sty1 phosphorylation level and cellular antioxidant capacity. In oxs1 mutant, the role of Sty1 in regulating oxidative stress disappeared. Protein interaction results showed that Oxs1 interacts with Sty1 directly. Thus, a hypothesis is put forward:"Oxs1 plays a critical role in Sty1 oxidative stress signaling pathway". Aim to test this possibility, following experiments should be done: Confirm the role of Oxs1 involving in Sty1 oxidative stress pathway; Study the role of Oxs1 on Sty1 localization; Explore the molecular mechanisms of Sty1-Oxs1 pathway in regulating oxidative stress; Analysis the conservation of Sty1-Oxs1 oxidative stress pathway in eukaryotes. The implementation of this proposal will uncover a novel mechanism in regulating oxidative stress signaling pathway and also provide potential therapeutic target for the apoptosis and prevention of disease.

氧化应激是导致细胞凋亡和疾病发生的重要因素，但其调控机制尚不清楚。申请者发现Oxs1是真核生物中新的氧化应激基因（Nucleic acids research 2017）。进而以酵母为研究对象，研究Oxs1在氧化应激中的作用机制，发现过表达Oxs1可促进抗氧化基因Sty1在细胞核内聚集，伴随Sty1的磷酸化水平及细胞抗氧化能力提高；而缺失Oxs1可抑制Sty1对氧化应激的调节作用；同时蛋白质互作实验表明Oxs1与Sty1存在直接相互作用。据此提出“Oxs1对Sty1应答氧化应激具有重要功能”。为验证此假说，拟通过Oxs1参与Sty1氧化应激途径的确证，Oxs1对Sty1亚细胞定位的调控作用研究，Sty1-Oxs1途径调控氧化应激的分子机制阐明以及Sty1-Oxs1途径在真核生物中的保守性分析，来揭示Sty1-Oxs1途径调控真核生物氧化应激的新机制，为研究细胞凋亡和预防疾病发生提供新靶标。

氧化应激不仅与细胞信号转导、转录调控等密切相关，还导致细胞凋亡以及多种重要疾病的发生。申请者前期研究发现，Oxs1是真核生物中新的氧化应激基因（Nucleic acids research 2017），结果表明，Oxs1 是核质穿梭蛋白，在生理条件下，Oxs1 定位于细胞质，应激条件下 Oxs1 被激活并进入细胞核内，招募核内转录因子，促进基因转录，从而抑制氧化损伤发生。重要的是Oxs1 在结构和功能上非常保守，在动植物中都有其同源蛋白，提示Oxs1是真核细胞氧化应激信号转导途径中的重要因子，我们首先以酵母为研究对象，研究Oxs1在氧化应激中的作用机制，取得的重要结果如下：（1）研究发现Oxs1参与抗氧化基因Sty1的氧化应激途径：过表达 Oxs1，Sty1 的抗氧化能力增强，伴随Sty1的磷酸化水平提高；而缺失Oxs1，Sty1 的抗氧化能力减弱，下调Sty1的磷酸化水平；而且Oxs1与Sty1对氧化胁迫具有协同增强效应。（2）研究发现Oxs1对抗氧化基因Sty1的亚细胞定位具有一定调控作用：过表达Oxs1可促进Sty1在细胞核内聚集；在氧化剂 Cd与diamide处理下，GFP-Oxs1与mCherry-sty1在细胞核内聚集，且出现共定位。（3）研究阐明了Sty1-Oxs1途径调控氧化应激的机制：Oxs1蛋白与Sty1蛋白在体外以及体内均可发生互作；Oxs1与Sty1蛋白参与diamide 和Cd 诱导的氧化胁迫；Oxs1可促进Sty1的目标基因以及抗凋亡基因的表达, 且促进酵母生长。我们进一步证明动物中的Oxs1和Sty1均可提高酵母的抗氧化能力，而且对免疫细胞的分化发育具有潜在的调控作用，相关结果以第一作者（共一排第二）发表在期刊 Immunology 上，并培养了1名博士研究生。本项目的顺利完成将揭示Sty1-Oxs1途径调控真核生物氧化应激的新机制，为研究细胞凋亡和预防疾病发生提供新靶标。