USP10去泛素化AMPK的功能和作用机制研究

AMP-activated protein kinase (AMPK) is a crucial cellular energy sensor. In response to energy depletion, AMPK activation promotes metabolic changes to maintain cell proliferation and survival. As a key player in cell energy metabolism, AMPK has important role in diabetes and related metabolic diseases. However, the AMPK activation mechanism remains elusive. Here, we identified USP10 as the first deubiquitinating enzyme that regulates the AMPK phosphorylation and activities. Further, we reveal the regulation mechanism of USP10-AMPK signal transduction pathway, which will significantly advance our understanding of AMPK function in biology. In the current application, we propose the following Specific Aims: (1) How does USP10 regulate AMPK deubiquitination and function? (2) The detailed regulatory mechanisms of USP10-AMPK pathway; (3) Function study of USP10 liver-specific knockout mice; (4) Investigation of usp10-AMPK pathway in clinical samples.

AMPK作为细胞能量感受器，具有调节细胞能量代谢的作用。AMPK与细胞生长、自噬及多种代谢途径密切相关，其信号途径是研究糖尿病及其他代谢相关疾病的核心。然而AMPK自身的激活调控机制仍不十分清楚。本项目首次发现去泛素化修饰在AMPK激活过程中发挥重要作用，且鉴定了首个AMPK去泛素化酶USP10，并发现USP10-AMPK通路受到精细的调控。因此本项目将有助我们对AMPK信号转导通路调控及其生物学功能的认识，为糖尿病等其他代谢性疾病提供新的药物靶标。我们将在分子、细胞及动物模型水平上研究USP10去泛素化AMPK在AMPK激活过程中的作用及其分子机制：1.USP10调控AMPKα去泛素化及其活性的分子机制；2.USP10去泛素化AMPK的调控机制；3.USP10肝脏异敲除小鼠模型的建立及表型分析；4.AMPK介导的USP10磷酸化位点的确定以及临床肿瘤病理的突变筛查。

AMP激活蛋白激酶（AMPK）是细胞内感知能量变化的中枢调控蛋白。在能量压力（如糖、ATP水平降低）条件下，AMPK被上游激酶磷酸化从而激活。在AMPK激活过程中，AMPK的泛素化程度显著降低，但其中涉及的泛素-蛋白酶体UPS组分还不清楚。通过大规模的生化筛选，我们证实去泛素化酶USP10能与AMPKα亚基相互作用。USP10去泛素化酶可以特异去除AMPKα的K63链式泛素化，促进LKB1对于AMPKα的磷酸化。在能量压力下，在AMPK激活的过程中，AMPK可以磷酸化修饰USP10的Ser76位点，从而促进USP10的去泛素化酶活性，USP10-AMPK的相互调控形成一个能量压力下有利于AMPK激活的有效正反馈循环。在USP10肝脏特异性敲除小鼠模型中，敲除USP10导致AMPK通路活性异常，从而导致血脂、血糖升高等多重代谢缺陷。本项目为糖尿病等代谢性疾病的防诊治提供新的药物靶标..此外，我们还对Hippo通路的调控机制进行了深入研究，发现了OGT介导的YAP O-糖修饰在Hippo通路激活和肿瘤发生中发挥着重要作用。另外，还对DDR通路中的一些UPS组分调控分子（如去泛素化酶USP15、泛素连接酶UHRF1等）、非UPS组分分子（如DNA复制体分子And-1）的功能与作用机制进行了探索。