MTUS1通过结合Mitofusin-1影响线粒体形态对内皮细胞血管新生能力的影响

Imbalance between mitochondrial fusion and fission leads to aberrant mitochondrial morphologies, which contribute to the pathogenesis of angiogenesis and atherosclerosis. Mitofusin-1 (MFN-1) mediates fusion of out mitochondrial membrane. Microtubule associated tumor suppressor 1 (MTUS1), a tumor suppressor gene, has been reported to play important roles in regulating cellular proliferation and senescence. Our study found that knockdown of MTUS1 inhibits endothelial cell migration, and disturbs the elongated mitochondrial network. We also found that MTUS1 interacted with MFN-1 in endothelial cells. The aim of the current proposal is to confirme that whether the interaction between MTUS1 and MFN-1 can determine the mitochondrial morphology and function and regulate endothelial cell migration. We plan to investigate: (1) whether and how pro-angiogenic factors regulate the expression of MTUS1; (2) the effect of MTUS1 on GTPase activity of MFN-1; (3) whether and how the MTUS1/MFN-1 complex regulates morphology and function of mitochondria; (4) whether and how phosphorylation regulates the interaction between MTUS1 and MFN-1. This study will probably find a new molecule which can regulate mitochondrial dynamic in endothelial cells.

线粒体动力学异常引起血管内皮细胞失功能，影响血管新生。Mitofusin-1(MFN1)执行线粒体外膜的融合，调节线粒体形态与功能。微管相关肿瘤抑制子1（MTUS1）是细胞增殖和衰老的重要基因。本项目前期发现，沉默MTUS1基因可以抑制血管内皮细胞迁移，抑制线粒体融合和管网结构形成；免疫共沉淀实验证实MTUS1可以结合MFN1蛋白。本项目拟证实：MTUS1是否结合并调节MFN1信号，从而影响线粒体融合和功能，改变血管内皮细胞的血管新生能力。为此，本项目拟研究血管新生调节因素对MTUS1的表达调节和分子机制；研究MTUS1对MFN-1多聚化及酶活性的影响，观察MTUS1-MFN1相互作用在线粒体动力学和功能中的作用；以及发现新的MTUS1磷酸化等修饰信号。本项目将可能揭示调节内皮细胞线粒体动力学的新的信号分子，为血管内皮功能障碍的防治提供新的潜在治疗靶点。

线粒体是调节血管新生的重要亚细胞器，它通过影响能量代谢、信号传导、氧化应激和Ca2+稳态等，从而调节内皮细胞的血管新生能力，线粒体的功能与血管内皮细胞相关疾病的发生和发展互为因果。线粒体的管样-网络状结构是线粒体融合-分裂平衡的结果，受到包括MFNs、DRP1和OPA1在内的一组蛋白的调控，线粒体形态是决定其功能的重要因素。发现调节线粒体融合-分裂的信号，将有利于阐述相关疾病的发生机制。.本项目在既往发现 MTUS1能够通过调节p38 MAPK活性，影响CREB/CBP依赖的p65乙酰化，诱导血管内皮细胞中NF-κB激活的基础上，证实MTUS1还是调节线粒体形态结构的重要分子：发现MTUS1基因沉默内皮细胞的成管能力、迁移能力降低，VEGF诱导的FAK磷酸化减弱。PSORT II软件预测、免疫荧光以及亚细胞器蛋白免疫印迹技术证实MTUS1属于线粒体外膜蛋白。采用MitoTracker Green或者COX4染色技术，以及电子显微镜技术观察到，MTUS1基因沉默的内皮细胞线粒体失去正常的管样-网状样分布特征，聚集于细胞核周围，伴随有Push-forward-retract运动形式减少，而Brownian样运动形式增加。对应的是，PRX3和NRF2基因表达减少，以及ROS含量的增加。免疫荧光双染色和蛋白免疫共沉淀结果显示MTUS1能够结合MFN-1和MFN-2。进而证实，MTUS1依赖于121-172和189-219位氨基酸结合MFN-1；依赖于121-172位氨基酸结合MFN-2。采用荧光标记技术和Photoactivatable绿色荧光蛋白过表达技术，发现MTUS1敲低的线粒体之间锚系能力减弱，分裂能力减弱，这些作用可能并不依赖于改变细胞微管结构。在融合-分裂调控蛋白的作用下，线粒体的结构保持动态平衡，并影响细胞功能，本项目发现MTUS1是一个新的线粒体融合-分裂调控信号，并初步证明了其作用机制，为理解内皮功能失调提供了新的内容。