VDAC1调控MITF信号通路影响黑色素生成的分子机制

It has been shown that mitochondria physically contact with melanosomes, which are linked to the melanogenesis process, indicating that some protein located on the outer membrane of mitochondria may be in involved in the regulation of melanin production. Our preliminary data have shown that knockdown of an outer mitochondrial membrane protein, VDAC1, increased the production of melanin in both human and mice melanocyte cell lines, implicating that VDAC1 may take part in the regulation of melanogenesis. We also found that knockdown of VDAC1 increased the expression of MITF and its targeted melanosomal proteins. It is known that cAMP-PKA-CREB-MITF axis plays a key role in regulating pigment production. How does VDAC1 regulate the expression of MITF is unknown. Our research goal is to elucidae the underlying molecular mechanism of how VDAC1 regulates cAMP-PKA-CREB-MITF signaling pathway, in order to provide insights into the relationship between signal transduction and melanogenesis.

文献报道线粒体和黑素小体间存在直接的物理接触，并调控了色素的生成，提示线粒体上的某些蛋白可能参与了黑色素产生的调控过程。本课题组前期研究结果意外发现，在鼠源和人源的黑色素细胞系中敲降线粒体外膜蛋白VDAC1后，色素含量都明显增加。同时我们观察到，敲降VDAC1后，MITF及其色素生成相关靶基因的表达增多。鉴于色素的生成过程主要受cAMP-PKA-CREB-MITF信号轴的调节，而我们的前期结果提示VDAC1影响了MITF信号通路，但VDAC1通过何种机制影响了该信号轴尚不清楚，因此阐明VDAC1如何调控MITF通路是本项目的主要研究目标。本研究将基于该目标，利用分子细胞生物学方法，结合Vdac1基因敲除小鼠的表型分析和在体研究，进一步阐明VDAC1在色素生成中的作用机制，从而加深对细胞信号转导与色素生成的关系的理解。

皮肤作为人体最大的器官，是保护机体免受外界刺激的重要屏障。在有紫外线刺激时，皮肤中的黑色素细胞会产生黑色素，保护DNA免受损伤，以维持基因组的稳定性。黑色素产生异常会导致多种疾病，如白化病、黄褐斑、雀斑等。因此，精准调控黑色素的生成对于维持皮肤稳态有重要的意义。然而，目前色素调控的生物学过程尚未完全阐明，一些色素异常疾病的致病机理以目前的理论也不能解释清楚，因此积极探究影响色素生成的新基因具有重要的生物学和临床意义。.本项目中利用细胞、分子、生化手段结合小鼠的表型分析和在体研究，发现敲降VDAC1后，人源及鼠源黑色素细胞内色素生成增多，黑素小体数目增多；敲降VDAC1从转录水平增强色素生成重要的转录因子MITF及关键酶TYR、TYRP1、TYRP2的表达；小鼠在体实验也表明，Vdac1敲除后，小鼠眼睛视网膜色素上皮中黑素小体数目增多，Mitf及Tyr、Tyrp1、Tyrp2的RNA水平明显升高。进一步的机制研究发现，VDAC1敲降后，MITF的转录因子CRTC1入核增多；CRTC1的入核情况受到磷酸酶calcineurin的调控，我们证明VDAC1敲降后胞质内的本底钙离子浓度明显增加，导致calcineurin活性增强，促进CRTC1入核，增强MITF转录。综上，我们提出VDAC1通过Ca2+ -CaN–CRTC1-MITF信号通路发挥调控色素生成的新功能。本项目的开展为进一步理解色素生成调控的机制及寻找新的治疗色素异常相关疾病的潜在靶点奠定基础。