运用小分子化合物研究胞内膜转运对细胞分裂等的影响及机制

Membrane trafficking is a key cellular process in which the cells uptake nutrients, viruses and antigens from their surroundings and deliver into different intracellular compartments. Cells proliferate through mitosis and cytokinesis, where they evenly divide their genetic materials and cellular contents into two daughter cells. Membrane trafficking and cytokinesis seem to be two independent cellular events but recently proved to be relevant. In this study, we will take advantage of three small molecule inhibitors that inhibit different steps of membrane trafficking to investigate the functions of intracellular compartments in mitosis,cytokinesis and other cellular processes. We will also use them to study the temporal and spatial assembly and disassembly of ESCRT complex during cell cycle. We will combine chemical biology,cell biology and biochemistry to investigate the detailed function and mechanism of membrane trafficking in cell division.

胞内膜转运是细胞从周围环境中摄取营养、病毒及抗原等各种物质后，向细胞内各个细胞器运输分化的过程，是细胞生理代谢的一个极为重要的现象。细胞分裂和胞质分裂是遗传物质和细胞内容物的平均分配过程，是细胞增殖的关键步骤。近年来的研究表明胞内膜转运和胞质分裂这两个看似不相关的过程事实上是相互关联的。本项目将利用三个作用于胞内膜转运中不同步骤的小分子化合物来比较细胞内吞途径中不同细胞器在细胞分裂、胞质分裂等过程中的功能；同时利用小分子研究内体分选转运复合体（ESCRT）的聚合、解离及其组分的定位和活性的时空变化与其在细胞分裂过程中的作用。本项目旨在结合化学生物学、细胞生物学、生物化学和分子生物学的方法深入研究胞内膜转运对细胞分裂的影响及其机制。

膜转运是细胞从周围环境中摄取营养、病毒及抗原等各种物质后，向细胞内各个细胞器运输分化的过程，是细胞生理代谢的一个极为重要的现象。细胞分裂是细胞一分为二的过程，是细胞增殖的关键步骤。近年来的研究表明膜转运和细胞分裂这两个看似不相关的过程事实上是相互关联的。本项目主要围绕细胞内膜转运和细胞分裂这两个过程以及二者之间的关联进行了一系列研究，并且将研究的重点放在了细胞自噬的调控、以及自噬与细胞分裂之间的关联。项目执行期间共发表五篇SCI论文。合作开发了一个特异性靶向于高尔基体蛋白STK16的小分子抑制剂，STK16-IN1 （ACS chemical Biology，2016）；进一步利用STK16-IN1研究了STK16在细胞中的功能，以及高尔基体与细胞分裂的关联（Scientific Reports 2017）；利用多种实验方法，证明细胞自噬在包括有丝分裂在内的整个细胞周期中都处于活化状态，但是活化水平在不同的细胞周期中有所不同（Oncotarget 2016a）；发现细胞自噬可以受到培养基状态的影响，而细胞代谢产生的氨是重要的因素，并且发现多巴胺受体和mTOR参与了氨对自噬的调控（Plos one 2016）；发现了G蛋白GNG7在细胞自噬和细胞分裂过程中都起着重要的作用，并且与传统的GPCR信号转导通路不相关（Oncotarget 2016b）。本项目不仅提示了自噬相关领域的研究者应当对培养基的类型和新鲜程度给与关注，同时由于自噬对于多种细胞活动都有很重要的影响，其它领域的研究人员也应当对此给与重视;开发了首个STK16小分子抑制剂，是目前为止靶向于STK16的唯一一个特异性小分子抑制剂，为研究STK16提供了有力的研究工具；解决了之前关于在有丝分裂中自噬是否活化这一有争议的问题。本项目对促进人们对内膜系统和细胞分裂这两个细胞过程之间的调节及机制起到了极大的推动作用。