抗增殖蛋白Prohibitin调节果蝇中肠稳态的机理研究

Proliferation and differentiation of resident stem cells are reponsible for adult tissue homeostasis maintenance. Misregulation of stem cell proliferation and differenatiaton will lead to a variety of diseases, including aging and cancer,therefore,elucidating the mechanism of stem cell proliferation and differentiation regulation will be important for studying tissue homeostasis maintenance and clinical treatment of human diseases.Prohibitin 1 (PHB1) is highly conserved throughout eukaryotes, and invloved in multiple biological processes. However, it remains elusive whether it is also involved in stem cell proliferation and tissue homeostasis control.Our preliminary data demonstrated that PHB1 not only plays important role in midgut homeostasis under physiological condition,but also is critical for tissue regeneration under stress conditions. More importantly, we found that PHB1 functions downstream of EGFR signaling to regulate intestinal stem cell proliferation. In this study, we will explore the possible bilogical roles PHB1 played in controlling instetinal stem cell proliferation and maintaining midgut homeostasis, and elucidate its mechanism(s) in stem cll proliferation and midgut homeostasis control.As Drosophila midgut shares extensive similarities to mammalian counterpart, genetically and functionally,this study will elucidate the mechanisms in homeostasis control by PHB1,which will help the understanding of homeostasis maintenance and tumorogenesis, having potential clinical importance.

干细胞的增殖和分化是实现组织稳态的关键，干细胞增殖和分化失调会导致衰老和癌症等一系列重大疾病的发生，因此阐明干细胞增殖和分化的调控机制对研究组织稳态和人类疾病治疗具有重要意义。高度遗传保守的抗增殖蛋白PHB1（Prohibitin 1）参与多个生物学过程，但其在干细胞增殖和组织稳态维持中的研究尚属空白。我们的初步研究表明PHB1蛋白不仅在维持生理状态下果蝇中肠稳态中发挥重要作用，而且还在组织再生过程中发挥决定性作用。更重要的是，我们还发现PHB1在EGFR信号下游调节干细胞增殖。本项目拟结合遗传学、发育生物学、细胞生物学等多种手段, 以果蝇中肠为模式系统，进一步深入探讨PHB1蛋白在调控干细胞增殖与分化及中肠稳态中的功能和作用机理。由于果蝇和人类的消化系统发育和功能具有很大的相似性，本项目的实施将为组织稳态维持和人类肿瘤防治及药物研发等领域研究提供重要的理论基础。

成体干细胞的自我维持、增殖和分化是实现组织稳态的关键。干细胞如何获取组织稳态的信息，并决定其增殖和分化的速度是干细胞研究中的重要问题，因此解开调控干细胞增殖和分化的机制是阐明组织稳态的关键。高度遗传保守的PHB1蛋白（Prohibitin 1）参与多个生物学过程，但其在肠道组织稳态维持中的研究尚属空白。我们发现PHB1蛋白在维持生理状态下果蝇中肠稳态中发挥重要作用。本项目结合了遗传学、发育生物学、细胞生物学等多种手段, 深入探讨了PHB1蛋白维持中肠组织稳态的作用机制，并阐明了PHB1蛋白调控干细胞增殖和分化的分子机理。我们的研究结果表明：PHB1缺失会阻止肠道干细胞的增殖；同时，我们还发现PHB1蛋白在组织再生过程中也发挥决定性作用，缺失PHB1后肠道组织再生受到阻断。我们发现PHB1主要在肠道组织的肠道前体细胞和分化的内分泌细胞ee中表达，而在吸收细胞EC中基本不表达。我们的研究还发现PHB1缺失后可以基本完全抑制由于EGFR和JAK/STAT信号过度激活导致的肿瘤的发生，表明PHB1不仅在EGFR和JAK/STAT信号下游调控肠道干细胞的增殖，同时也表明PHB1是一个很好的肿瘤肿瘤靶点。通过细胞和生化的方法，我们证实PHB1与PHB2形成复合体共同调控肠道干细胞和肿瘤细胞的增殖；缺失PHB2后也导致与PHB1缺失相同的表型：肠道干细胞增殖被阻滞，且肠道不能再生，也能过阻断由于EGFR和JAK/STAT信号过度激活导致的肿瘤的发生。有意思的是，PHB1和PHB2两者的细胞定位是相同的，且一种蛋白的稳定性/定位决定另一种蛋白的蛋白的稳定性/定位；同时过表达其中一种蛋白不能拯救另一种蛋白缺失导致的干细胞增殖缺陷；更重要的是，通过IP-MS的方法，我们发现PHB复合体还与另外一个全新的内源因子Yun互作，有意思的是，Yun在PHB复合体的上游调控肠道干细胞的增殖与分化。我们还发现PHB复合体具有功能保守性：人PHB可以部分拯救由于果蝇PHB缺失导致的肠道干细胞增殖缺陷，而且人PHB复合体在人类肿瘤细胞的增殖中发挥重要作用，缺失人PHB的多种肿瘤细胞的增殖收到强烈抑制，且成瘤能力极大下降，表明人PHB可以作为人类癌症治疗的潜在靶点。由于果蝇和脊椎动物的消化系统发育和功能具有很大的相似性，本项目的实施将为组织稳态维持的研究和人类肿瘤防治及药物研发等领域提供重要的理论基础