调控LDLR蛋白稳定性的去泛素化酶的鉴定、作用机制与功能研究

Excessive low-density lipoprotein-cholesterol (LDL-C) in the blood is a major risk factor for atherosclerosis (AS). LDL-C levels are modulated by cholesterol de novo biosynthesis, intestinal absorption and LDL receptor (LDLR)-mediated uptake. Our previous work has unveiled the feedback inhibition of cholesterol biosynthesis and intestinal cholesterol absorption pathway. Here, we propose to investigate how LDLR stability contributes to LDL-C levels. We have established the cDNA library containing all 95 human deubiquitinating enzymes (DUBs). After initial screening, we have identified that OTU1 could substantially promote LDLR expression. We will further explore the working mechanisms of OTU1. We will also examine the regulation of OTU1 on LDL-C uptake by hepatocytes using adeno-associated virus (AAV)-mediated overexpression or knockdown. Furthermore, we will generate tissue-specific gene knockout mice to elucidate the functions of OTU1 in cholesterol homeostasis and AS. Our study may provide not only insight into cholesterol homeostasis, but also novel strategy and pharmacological targets for treating cholesterol-related diseases.

血液中过高的低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）是导致动脉粥样硬化（AS）发生的关键危险因素。LDL-C水平受胆固醇内源合成、小肠吸收以及低密度脂蛋白受体（LDLR）介导的LDL-C摄取等调控。我们的前期工作揭示了胆固醇合成的负反馈调控通路和小肠胆固醇吸收的分子机制。本课题拟在此基础上从调控LDLR稳定性方面着手研究LDL-C的摄取途径。我们前期已构建了95个人源去泛素化酶（DUBs）的表达文库，初步筛选到OTU1能显著提高LDLR的蛋白水平。我们将进一步探索其作用机制，并利用腺相关病毒介导的肝脏高表达或敲低表达技术，研究OTU1调控肝脏细胞摄取LDL-C的功能。我们还将构建组织特异性基因敲除小鼠，研究OTU1在胆固醇代谢调控和AS发生中的作用。本研究不仅丰富了胆固醇代谢平衡的知识，也为降脂药物的研发提供了新的策略和作用靶点。

血液中过高水平的低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）是心血管疾病（CVD）的关键风险因子。他汀类药物作为胆固醇合成限速酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶的抑制剂被广泛用于治疗CVD，其作用机理是通过阻断胆固醇从头合成并上调低密度脂蛋白受体（LDLR）的表达达到降低血液LDL-C的目的。然而，他汀类药物在某些患者中无效，而且可能造成包括肌病和肝毒性的副作用。因此，迫切需要开发全新的降脂策略。. LDLR蛋白可被E3泛素连接酶——LDLR诱导型降解子（IDOL）泛素化降解。已知去泛素化酶能拮抗泛素化修饰，理论上可提高LDLR蛋白稳定性。本研究从95个人源去泛素化酶中筛选出 SENP1能稳定LDLR蛋白。进一步研究发现，SENP1通过减少IDOL发生类似泛素化的SUMO化修饰，降低IDOL表达量，从而调控LDLR稳定性。利用腺相关病毒在小鼠肝脏中过表达SENP1能增加肝脏LDLR，降低血浆LDL-C。我们还通过全外显子组测序从高胆固醇血脂症人群中鉴定出IDOL功能增强突变G51S。该突变能阻止IDOL发生自泛素化降解，稳定该蛋白，从而增强IDOL降解LDLR的能力。利用腺相关病毒在小鼠肝脏中过表达IDOL(G51S)可减少肝脏LDLR蛋白水平，升高血清LDL-C水平。这些研究结果说明提高SENP1表达可作为全新的降脂策略，也证明IDOL是治疗高胆固醇血脂症的有效靶点。