基于Axin/TNKS/Kif3a的多蛋白复合体调控葡萄糖转运的机制

葡萄糖的转运和吸收是维持机体糖代谢稳态的重要环节，葡萄糖转运蛋白GLUT4在胰岛素调控的葡萄糖转运中扮演重要角色，然而GLUT4调节葡萄糖转运的详细的分子机理远未清楚。在前期研究中，我们发现并鉴定了一个基于Axin的调节GLUT4从细胞浆向细胞膜转运的蛋白质复合体，该复合体包括Axin、ADP-核糖转移酶TNKS2及动力蛋白Kif3a。siRNA实验表明复合体对细胞吸收葡萄糖和Axin对TNKS2的蛋白质稳定性起重要作用。免疫荧光实验表明复合体的各组份在胰岛素的作用下与GLUT4在细胞膜表面有共定位，且TNKS2敲除小鼠呈现糖耐受和胰岛素抵抗的现象。结合文献报道的TNKS是低氧相关因子FIH羟化酶的底物，我们拟进一步研究该复合体调节GLUT4的转运机制，阐明胰岛素刺激下和逆境如缺氧状况下该复合体各组分的磷酸化，多聚ADP核糖化、泛素化以及羟基化动态变化及其生物学功能，及糖尿病发生的新机制。

以葡萄糖的转运和吸收为代表的糖代谢调控是维持机体代谢稳态的重要环节。目前对细胞如何响应生长因子信号和葡萄糖水平而重塑糖代谢稳态的机制还不清楚。我们立足于分析生长因子控制下的葡萄糖转运机制，针对葡萄糖转运蛋白Glut4转移机制，细胞对生长因子和葡萄糖的感应机制，以及缺氧条件下葡萄糖代谢的调控机制等方面进行了深入研究。.我们发现TNKS、AXIN和KIF3A可以形成蛋白复合体，其动态变化受AKT为中枢的胰岛素信号通路调控。在胰岛素的刺激下，TNKS对其自身及AXIN的多聚核糖体修饰显著减弱，使之相关的泛素化修饰明显降低，从而使TNKS-AXIN-KIF3A复合体得以稳定，促进GLUT4延微管系统往细胞膜的转运，进而调节细胞在胰岛素刺激下葡萄糖的吸收。.在此基础上，我们进行了一系列拓展研究，发现在葡萄糖感应过程中，能量和营养感应的中枢激酶AMPK与mTOR的激活共享v-ATPase-Ragulator蛋白复合体，而实现合成代谢和分解代谢的偶联切换。我们还揭示了在感应生长因子水平的过程中，AKT活性的改变会通过调控GSK3对TIP60乙酰转移酶的磷酸化水平，进而影响TIP60酶活和对ULK1的乙酰化修饰，最终调控细胞自噬。接着这一发现，我们进而阐明了ULK1会通过磷酸化糖酵解途径的四个代谢酶而维持糖酵解的流量，增强PPP途径的流量，从而促进NADPH的生成，以应对在氨基酸与生长因子缺失的条件下细胞内ROS水平的上升。除此之外，我们也发现RhoBTB3通过促进羟基化酶PHD依赖的缺氧诱导因子HIFalpha的羟基化修饰而增强其泛素化降解，进而抑制瓦伯格效应和肿瘤生长。.这些发现揭示了葡萄糖转运、细胞响应生长因子和葡萄糖水平以及应激条件下葡萄糖代谢重塑的调控机制。在课题执行期间，我们鉴定了一系列关键蛋白的翻译后修饰及其相关蛋白复合体的动态变化的调控机制，将为寻求治疗肥胖症、糖尿病、脂肪肝和癌症等代谢性疾病的治疗提供新的思路和药物靶点。