鞘脂代谢途径在溶酶体完整性维护中的功能研究

Lysosomes are membrane-bound acidic organelles that degrade cargoes derived from endocytosis，phagocytosis or autophagy through the action of a variety of lysosomal hydrolases. The degradation products are exported from lysosomes by membrane transporters，and are re-utilized in cellular metabolism. Dysfunction of lysosomal enzymes or transporters affects cell homeostasis and causes lysosomal storage diseases. The rupture of lysosomal membrane will cause leakage of luminal hydrolases that degrade normal cellular components in the cytosol，and may cause cell death. By forward genetic screens，we isolated sphk-1 mutants，which contain enlarged and damaged lysosomes. sphk-1 mutants cause embryonic lethality，larval arrest and have significantly shortened lifespan. We isolated a sphk-1 suppressor and named it sal-1 (suppressor of abnormal lysosome). We found that sal-1 mutant completely restored the lysosome morphology and integrity and reversed the physiological defect in sphk-1 mutants. In this study，we will investigate the role of SPHK-1，SAL-1 and sphingolipid metabolism pathway in the maintenance of lysosome integrity. Our study in C. elegans may provide important insight into the pathogenesis of lysosome and sphingolipid metabolism related diseases.

溶酶体是细胞内负责物质降解和循环的细胞器，为单层膜包被的囊状结构，含有丰富的酸性水解酶，在机体发育、代谢平衡及细胞稳态维持中发挥关键作用。因此，溶酶体膜完整性的破坏必然引起水解酶外泄，造成细胞组分被降解，甚至引发细胞死亡。通过正向遗传筛选，我们获得了鞘氨醇激酶sphk-1的突变体，其造成溶酶体形态的异常增大，并且影响溶酶体的完整性，导致损伤溶酶体累积。sphk-1突变体还表现胚胎致死、幼虫发育迟缓、成虫寿命显著缩短等生理缺陷。另外，我们还获得了sphk-1突变体的抑制子，命名为sal-1。sal-1突变体能够完全抑制sphk-1缺失所导致的溶酶体异常表型及发育缺陷。我们将在此项目中对SPHK-1，SAL-1及鞘脂代谢途径在溶酶体完整性维护中的功能进行系统研究。鞘脂代谢的异常是神经退行性疾病的主要原因之一，我们以线虫为模式生物的研究也将为溶酶体及鞘脂代谢相关疾病致病机制的研究提供重要的线索。

鞘脂及其代谢产物不仅是细胞膜的重要结构分子，而且参与调控细胞的生长、分化等多种信号转导过程。鞘氨醇激酶（Sphingosine kinase）参与鞘脂代谢通路中非常重要的一个环节，负责将鞘氨醇磷酸化为1-磷酸鞘氨醇。在前期的正向遗传筛选中，我们获得了鞘氨醇激酶sphk-1的突变体，其造成溶酶体形态的异常增大，并且影响溶酶体的完整性，导致损伤溶酶体累积。此外，sphk-1突变体还表现出胚胎致死、幼虫发育迟缓、成虫寿命显著缩短等生理缺陷。我们偶然获得了sphk-1突变体的抑制子qx571，其可完全回复sphk-1突变体内的溶酶体及其生理缺陷。经基因克隆，qx571造成丝氨酸棕榈酰转移酶sptl-1的功能异常。进一步的研究表明，sphk-1造成线虫损伤溶酶体累积是由于其溶酶体内累积了大量的鞘氨醇（sphingosine）所致，而sptl-1的功能异常则显著降低了鞘脂的从头合成途径则进而抑制了sphingosine的累积。我们的研究结果表明，鞘脂代谢通路参与调控溶酶体的完整性。