Hh信号转导途径中Fu功能的研究

生长调控是生物体发育过程中最基本的过程之一，对其机理的研究是相关疾病如肿瘤发生、发展的重要内容。细胞内信号转导途径的异常是疾病发生的分子基础之一。作为一种重要的细胞成型素，Hh浓度梯度控制了机体的一系列发育过程。Hh信号途径的错误调节可以导致包括出生缺陷及多种癌症在内的人类一系列重要疾病。但是，目前对其信号转导机制，特别是Fu/Cos2这一重要复合体中的Fu分子的调节机制的研究还远远不够。我们在初步的研究中发现Fu可以响应不同的Hh浓度发生二聚化，进而自我磷酸化并具有激酶活性。本项目将利用我们实验室已经建立的果蝇研究技术平台，在in vitro及in vivo两方面开展Fu在Hh信号途径中的功能研究，深入理解Fu激酶活性在Hh信号传递过程中的重要作用，找出Fu激酶的作用底物，揭示在这一过程中Sufu分子的调控机理，为最终理解Hh信号途径及其在生理、病理条件下的功能调控等提供坚实的理论基础。

生长调控是生物体最基本的发育过程之一，关于其机理的研究不仅是一个重大基础理论问题，也是相关疾病如肿瘤发生、发展的重要内容。作为生物体发育过程中最为重要的形态发生素之一以及生物进化史上最为保守的信号转导途径之一，Hh信号转导途径控制了脊椎动物以及非脊椎动物众多发育过程中细胞的生长及分化。在人类发育过程中，Hh及其信号途径的异常调节将会导致包括出生缺陷和癌症在内的多种人类严重疾病。Fu分子作为Hh信号途径中的重要组成成分及Hh信号途径中特有的丝氨酸/苏氨酸激酶与Cos2分子共同形成一个大的复合体，并与Sufu及Ci这种Hh信号途径的转录因子相互作用。其在Hh信号传递过程中所扮演的角色，特别是在梯度化Hh信号由细胞外传递至细胞内并控制不同下游基因表达过程中所扮演的角色仍不是很清楚。通过研究我们发现，Fu在响应Hh浓度信号变化的过程中会随着Smo分子在细胞膜上的聚集并发生构象变化而发生二聚化。在低浓度Hh信号存在的情况下，Fu首先发生自身磷酸化并进一步磷酸化Cos2，使Cos2/Sufu复合物发生解离。在此情况下，下游转录因子Ci的降解受到了抑制。随着Hh信号分子浓度的进一步增加，Fu具有更高活性，从而对Sufu进行磷酸化。Sufu发生磷酸化后将使其与转录因子Ci/Gli发生解离，从而Ci/Gli具有更高活性。通过Fu磷酸化的调节，Hh浓度信号由细胞外传递至细胞内并控制了不同下游基因的表达。同时，通过采用蛋白质组学的方法，我们确定了Fu的磷酸化底物及其磷酸化位点。进一步结合结构生物学及细胞生物学的研究表明，在受到Fu磷酸化后，Sufu发生构象改变，从而调控转录因子Ci的与Sufu的结合能力，进而调控Hh信号通路的活性。体内及体外的实验均表明，这些位点的磷酸化对Hh信号通路的活性以及浓度梯度化的Hh信号由胞外传递至胞内及细胞核内均起到了重要的作用。这一调控机制的发现，揭示了浓度梯度化Hh信号由细胞外传递至细胞内并控制下游基因表达的分子机制，对今后的Hh信号通路的机制的进一步深入研究具有重要的意义。