SNX17通过配体转运调节Notch信号通路及细胞命运决定的机制研究

Notch is one of the most important signaling pathways involved in cell fate determination in multiple tissues. Notch ligands are activated through processes including ubiquitylation, endocytosis, recycling, etc., however, the exact molecular mechanism of ligand activation remains controversial. We recently identified SNX17 as a novel regulator of Notch pathway. Biochemically, SNX17 is an endosome protein involved in vesicular trafficking. We found that SNX17 is specifically required in the ligand-expressing cells for Notch activation. SNX17 is not involved in the endocytosis of ligand; however, it regulates the ligand protein level on the plasma membrane. We further demonstrated that SNX17-mediated Notch activation plays critical roles in pancreatic and neuronal cell fate determination during zebrafish embryogenesis. We propose to investigate the molecular mechanism of SNX17-induced Notch activation, including its potential role in processes such as ligand ubiqitylation, endocytosis, intracellular trafficking, recycling, degradation, etc.. We will characterize the role of SNX17/Notch pathway in pancreatic cell fate determination in the zebrafish model; elucidate the upstream and downstream signaling events involved. We will then use this knowledge to study the targeted differentiation of ESCs/iPSCs to the insulin-secreting pancreatic beta-cells in vitro.

Notch信号通路在多种谱系细胞的命运决定过程中起着重要的作用，该通路的激活通常需要Notch配体经过修饰/内吞/循环等'活化'过程，但目前对于该过程的具体机制还很有争议。我们在前期工作中发现SNX17是个新型的Notch通路调控因子。SNX17属于一类位于内含体中、能调控囊泡运输的蛋白。SNX17在表达Notch配体的细胞中起作用，它不影响配体的内吞但能调节细胞膜上配体的蛋白水平。在斑马鱼模型中，SNX17通过Notch通路在胰腺及神经细胞的命运决定中起重要作用。我们拟进一步利用细胞和斑马鱼模型，结合生化、细胞、遗传学及发育生物学的各种技术，阐明SNX17通过对配体修饰/转运/循环/降解等步骤的可能调节作用激活Notch通路的机制，分析SNX17/Notch通路在胰腺各谱系细胞命运决定中的作用，并探索该信号通路在体外ES/iPS细胞向胰腺beta-细胞定向分化中可能的应用。

Sorting nexin (SNX)家族蛋白广泛参与细胞内囊泡运输的调控，在细胞水平的现有研究发现SNX17具有调控integrin、LDLR及P-Selectin等膜蛋白的活性，但其生物学意义尚不清楚。在本项目中我们综合生物化学、细胞生物学及动物模型各项技术，发现SNX17能够结合Notch配体蛋白Jag1a，并通过Retromer循环途径促进Jag1a向细胞表面的运输，而Mib1介导的Jag1a泛素化是该囊泡运输通路所必需的。SNX17增加了细胞表面Jag1a的蛋白水平，从而激活相邻细胞中的Notch信号通路活性，该活性在斑马鱼胚胎的神经及胰腺发育过程中起重要的作用。我们还发现，在纤毛形成细胞中，SNX17囊泡向中心体富集，通过对下游PCM1、Rab8a等纤毛相关分子的调控，在纤毛发生过程中起必要的作用。我们构建了SNX17基因敲除的小鼠，发现该小鼠早期胚胎致死，为进一步阐明SNX17的体内功能奠定了基础。综上所述，通过一类受SNX17调控的新型靶蛋白的鉴定，我们首次揭示了SNX17在Notch信号通路中的作用；我们还发现了SNX17向中心体分选的新型囊泡运输途径及其在纤毛发生中的作用。这些研究不但拓宽了对SNX17分子机制及其对应生物学功能的认识，还丰富了对于Notch信号通路及纤毛发生过程调控机制的理解。