GSK3β对RXRα的磷酸化作用及其生物学功能研究

Glycogen Synthase Kinase 3 beta (GSK3β) and Retinoid X Receptor alpha (RXRα) play important and complicated roles in the biological and pathological processes, especially in tumor initiation and progression. However, their reciprocal regulation and the function of the regulation in cells and during tumor development are not known. Our prelimilary results indicate that GSK3β phosphorylates RXRα and also induces the production of tRXRα, an N-terminal deleted RXRα, indicating the interaction of GSK3β and RXRα. The objective of this proposal is to identify the regulation and the regulatory mode of RXRα phosphorylation mediated by GSK3β and the role of the phosphorylation in tumor development. In this proposed studies, we will apply integrated multidisciplinary approaches to focus on studying these questions, 1) How does GSK3β induce the phosphorylation of RXRα? 2) How does phosphorylation regulate the genomic and nongenomic function of RXRα? 3) Do RXRα and tRXRα mediate the effect of GSK3β during tumor development? 4) Does GSK3β mediate the crosstalk between some signal pathways and RXRα? Our proposed studies will reveal a new regulatory mode of RXRα function and an unidentified substrate of GSK3β. The results from this research will also enhance our understanding of the genomic and nogenomic function of RXRα and the integration of some cell signal pathways with RXRα, as well as the role of GSK3β and RXRα in tumor development, which may provide useful guides and possible drug targets beneficial for tumor treatment.

蛋白激酶GSK3β和核受体RXRα在体内发挥着重要的生物学功能和病理学作用，但是它们之间的相互调节以及这种调节在肿瘤中的作用至今无人报道。我们最近发现GSK3β能够介导RXRα的磷酸化，并且能够调节RXRα的N端缺失体tRXRα的产生。这揭示GSK3β和RXRα之间存在相互作用，而这种相互作用可能会产生重要的生物学功能。本项目将在分子、细胞和动物水平上，利用多学科交叉的实验方法，研究GSK3β对RXRα的磷酸化调节作用，以及这种磷酸化调节对RXRα的生物学功能的影响。进一步我们还将研究GSK3β介导的RXRα磷酸化在肿瘤发生和发展过程中的作用。本课题的开展将揭示一个新的RXRα的活性调节方式和机制，发现一个新的GSK3β的功能展现方式，加深我们对RXRα的基因型和非基因型活性的认知。同时本课题还将增加我们对RXRα和GSK3β在肿瘤发展中功能的理解，为肿瘤的治疗提供理论依据。

研究发现GSK3β诱导RXRα的磷酸化，且其激酶活性对于RXRα的磷酸化诱导是必需的。GSK3β直接结合RXRα并催化RXRα的第49和78位的丝氨酸磷酸化。GSK3β对RXRα的磷酸化需要其它激酶的预磷酸化。GSK3β对RXRα的磷酸化促进RXRα/RARγ异源二聚体的生成和RXRα的转录活性。GSK3β对RXRα的磷酸化诱导RXRα的出核。CalpainII能够直接切割RXRα生成tRXRα，而GSK3β能够下调CalpainII的表达进而抑制tRXRα在肿瘤细胞中的生成。GSK3β可能通过抑制tRXRα的生成对肿瘤生长产生抑制作用。.RXRα对GSK3β的活性也有调节作用。RXRα增强GSK3β的9位Ser的磷酸化而使其失活，RXRα的配体Z-10和CF-31以RXRα依赖的方式诱导GSK3β的磷酸化。在高脂诱导的小鼠糖尿病模型中，Z-10和RXRα的另一个配体K-80003能够改善小鼠的葡萄糖耐受。在小鼠糖尿病模型中，GSK3β的活性升高，而Z-10显著地抑制小鼠肌肉和肝脏组织中的GSK3β的激活。这说明Z-10可能通过结合RXRα抑制GSK3β的激活，进而对糖尿病产生一定的疗效。.本项目还首次鉴定出RXRα的硝基化配体。Z系列化合物（芳香硝基乙烯类化合物）以独特的方式结合RXRα，并且诱导RXRα生成特异的构象。其中Z-10和Z-12抑制tRXRα和TRAF2的相互作用，达到抑制tRXRα所介导的TNFα/NFκB信号通路，并激活TNFα的凋亡通路进而诱导MCF-7乳腺癌细胞的凋亡。Z-10还能通过抑制PML-RARα和RXRα的相互作用，进而促进PML-RARα的降解和早幼粒白血病细胞的凋亡。另外，本项目还鉴定了NSC-640358是RXRα的配体及其RXRα所依赖的活性。.GSK3β磷酸化RXRα现象的发现展示了细胞内的一个新的蛋白分子作用； GSK3β通过磷酸化来调节RXRα的活性展示了一个新的RXRα功能调控方式；GSK3β对tRXRα生成调节的发现展示了GSK3β抑制肿瘤生长的一个作用机制；配体通过RXRα调节GSK3β的活性的发现展示了一个GSK3β活性的调节方式；Z化合物作为RXRα配体的发现展示了一类RXRα独特的配体；Z化合物通过RXRα/tRXRα对肿瘤的治疗作用及其机制的发现展示了一个肿瘤干预方式及一类肿瘤干预小分子。