还原应激对内质网功能的调控及机制研究

Biomacromolecules are regulated by cellular redox status. Redox homeostasis is very important for normal cellular maintenance and normal physiological functions. Oxidative stress is well known in cell signaling and physiopathology, however, reductive stress is much unknown. Reductive stress is defined as an abnormally increased electron pressure or an abnormal increase of reducing equivalents, for example, GSH, NADPH abnormal increasing. ER is more sensitive to reductive stress. In this project, we are going to set up reductive stress cell model and C. elegance model, to see how reductive stress affect the development and aging processes. Further more, we are going to study the molecular mechanism of reductive stress, including how about the role of reductive stress in ER unfolded protein response, how about reductive stress in ER protein quality control, how about reductive stress on ER protein thiol modification. We propose that reductive stress in ER may be an important mechanism in cell aging, which is significant for the redox study and the aging field. All the results may also supply evidence for the application of antioxidants in practice.

还原应激（Reductive Stress, RS）是指机体的电子压力或还原当量异常升高而引起的氧化还原状态失衡。细胞内氧化还原平衡对生物大分子的功能至关重要，已知氧化应激介导很多细胞信号转导和生理病理过程，而RS的生物效应及作用机制还所知甚少。本项目以对RS较敏感的内质网为研究对象，建立还原应激的细胞模型和线虫模型，研究RS的生物学效应，揭示RS对内质网的氧化折叠能力、未折叠蛋白响应信号通路、蛋白降解能力、蛋白分泌功能的调控作用。结合定量高通量组学方法检测RS状态下的蛋白氧化还原修饰，利用实验室自己构建的内质网特异氧化还原荧光探针检测衰老过程中内质网氧化还原变化，探索不同时期的细胞和线虫还原应激对衰老进程的影响。研究结果将促进RS研究发展，揭示RS的新功能和内质网功能调控的新机制，并可望发现RS与衰老的内在联系。同时，也将为实际生活中抗氧化使用问题提供科学依据和指导，具有重要社会意义。

还原应激（Reductive Stress, RS）是指机体的电子压力或还原当量（例如：GSH/GSSG; NADH/NAD+; NADPH/NADP+）异常升高而引起的氧化还原状态失衡，通常伴随抗氧化系统的激活或氧化活性的抑制。细胞内氧化还原平衡对生物大分子的功能至关重要，较多研究发现氧化应激（Oxidative Stress, OS）介导细胞信号转导和生理及病理过程，而还原应激的生物效应及作用机制还所知甚少。内质网氧化折叠需要的内环境相比细胞质氧化，因而对还原应激更加敏感。本论文以内质网为研究对象，建立了内质网特异的还原应激的细胞模型和线虫模型，利用内质网特异的基因编码的氧化还原荧光探针检测了衰老过程中内质网氧化还原状态的变化，研究了内质网还原应激对衰老进程的影响及其作用机制，在此基础上，进一步探索了特异增强内质网氧化力对衰老的作用。我们的结果表明衰老细胞的内质网为还原应激的状态，进一步研究表明衰老细胞中Ero1α活力的下降是导致还原应激的主要原因，如果在衰老的细胞中过表达Ero1αC104/131A活性形式，可以挽回内质网的还原应激的状态并延缓衰老。进一步机制研究表明Ero1α的亚硝基化在衰老的细胞中升高， Ero1α C166 和 C131的亚硝基化可以降低Ero1α的活性。本文阐明了衰老细胞的内质网还原应激是由于Ero1α亚硝基化水平升高导致的，内质网还原应激导致蛋白质稳态失衡，降低内质网的折叠能力，从而加速衰老，而增加内质网的氧化力可以延缓衰老。研究结果从另一个视角揭示了衰老中和内质网功能调控的机制，将促进未来更多有关还原应激的功能研究，为延缓衰老提供了新的潜在靶点和新策略，同时，也将为实际生活中抗氧化剂的科学应用提供科学依据和指导，具有重要社会意义。