钠钾ATP酶及其配体形成压力颗粒介导翻译重新编程的信号传导与生物学意义

钠钾ATP酶是分布于哺乳动物细胞膜的重要离子泵，动植物来源的强心物质，如哇巴因是钠钾ATP酶的天然配体，从人体血浆中也分离出内源性强心物质。我们在前期工作中发现强心物质与钠钾ATP酶作用后能诱发急性肺部炎症，该过程与钠钾ATP酶介导的炎症因子合成释放相关。进一步研究发现强心物质能刺激肺上皮细胞核释放RNA稳定蛋白HuR，稳定炎症因子mRNA；但另一方面强心物质也能"动员"HuR形成特殊的RNA压力颗粒(SG)，抑制总蛋白的表达。我们推测强心物质通过形成SG的形成有选择性地将不相关基因mRNA截留其中抑制翻译，而将炎症因子mRNA滞留于胞浆中继续表达。为验证该蛋白质翻译"红绿灯"假说，本项目将解析强心物质通过钠钾ATP酶诱导SG形成的信号传导途径与SG形成分子机制，研究SG对mRNA重新编程的选择性与重要性，从而拓宽对钠钾ATP酶生理与病理新机制的认识，为相关疾病治疗提供理论依据与参考价值。

癌化细胞的Na+,K+-ATP酶异常活跃，因此被作为肿瘤治疗的靶点。但是，在有些正常或肿瘤细胞中，Na+,K+-ATP酶抑制剂反而可以刺激细胞生长，使这类药物的抗肿瘤应用受到限制。因此，研究Na+,K+-ATP酶抑制作用肿瘤细胞的具体生物学机制有助于其抗肿瘤应用。.通过本研究发现Na+,K+-ATP酶抑制剂可以刺激肿瘤细胞中应激核蛋白HuR出核，促进肿瘤生长。为探索HuR的保护机制，我们发现Na+,K+-ATP酶抑制可以诱导出核的HuR形成压力小体（stress granule，SG），并将p21等促凋亡基因mRNA选择性包裹其中，抑制p21蛋白表达，从而发挥抗凋亡作用。进一步研究发现，Na+,K+-ATP酶抑制诱导的SG依赖于GCN2激酶磷酸化eIF2α信号。.理论上，GCN2应该具有类似HuR的细胞保护作用，但实际结果是Na+,K+-ATP酶抑制诱导的肿瘤细胞凋亡依赖GCN2蛋白表达。由此我们推测GCN2在Na+,K+-ATP酶抑制过程中对肿瘤细胞具有双向调控作用。为了深入研究该双向调节机制，我们发现GCN2是一个可泛素化降解蛋白。正常情况下，细胞内GCN2蛋白通过与β-arrestin1/2、RSP5形成三元复合物，通过促进GCN2泛素化降解维持低表达水平；而在Na+,K+-ATP酶抑制情况下，该降解复合物解体，GCN2泛素化受抑制，最终导致GCN2蛋白质表达水平增高，诱导细胞凋亡。在我们新发现的三元复合物形成过程中，β-arrestin1/2作为接头分子能增强GCN2与它与其E3连接酶Rsp5的结合促进GCN2的泛素化降解，GCN2的激酶结构域是与β-arrestin1/2具有相互作用的重要结构域。我们还发现，ouabain能刺激多种肿瘤细胞GCN2 Thr899磷酸化，通过减弱GCN2/β-arrestin1/2/RSP5复合物形成，明显抑制GCN2泛素化降解。.本研究我们首次发现GCN2是肿瘤细胞感知Na+,K+-ATP酶抑制的重要压力感应蛋白，发现了细胞感知压力的新生物学机制，为抗肿瘤治疗的研究提供了全新的靶点和更广阔的思路。.受本项目资助，获得授权专利3项，申请专利8项，发表相关SCI论文1篇，影响因子7.0，中文核心期刊1篇，会议论文2篇，出版编著一本，尚有3篇SCI论文正在投稿中。