蛋白质丙二酰化修饰影响胰岛素信号通路并介导胰岛素抵抗的机制研究

Lysine malonylation is one of recently identified protein posttranslational modifications (PTMs). The applicant revealed that protein lysine malonylation is related to type 2 diabetes, and that proteins in insulin signaling pathway can be malonylated (Mol Cell Proteomics, 2015; J Proteome Res, 2016). Further study indicated that insulin signaling pathway was inhibited by elevated levels of protein lysine malonylation in cultured cells. In addition, lower levels of protein lysine malonylation resulted in decreased blood glucose levels, improved glucose tolerance and enhanced insulin sensitivity. These preliminary work demonstrate that protein lysine malonylation plays important roles in regulating insulin signaling pathway. However, the precise mechanism is unclear. Based on the preliminary data, the present application will focus on the following work: 1, identification of malonylation on proteins in insulin signaling pathway in type 2 diabetic cellular and animal models. 2, systematic analysis of the underlying mechanism of key protein malonylation in insulin signaling pathway and insulin resistance. 3, investigate the effect of demalonylation on the improvement of type 2 diabetes using new mouse models. This study will reveal the molecular mechanism of insulin resistance from the new perspective of protein post-translational modification, explore the potential drug target for type 2 diabetes, and provide the basis for its prevention and treatment.

赖氨酸丙二酰化修饰是一种新型蛋白质翻译后修饰。申请人首次发现2型糖尿病模型动物中胰岛素信号通路蛋白可发生丙二酰化修饰（Mol Cell Proteomics, 2015; J Proteome Res, 2016）。后续研究表明升高丙二酰化修饰水平可抑制胰岛素信号通路；降低丙二酰化修饰水平则敏化胰岛素信号通路，并降低血糖。这些结果提示丙二酰化修饰显著影响胰岛素信号通路，但其具体机制尚不清楚。本申请拟在此基础上开展如下研究：1.在2型糖尿病动物及细胞模型中构建胰岛素信号通路相关蛋白的丙二酰化修饰组，并进行生物信息学分析。2.系统解析胰岛素信号通路关键节点蛋白的丙二酰化修饰参与胰岛素抵抗的分子机制。3.利用基因编辑技术构建动物模型，以探索去丙二酰化修饰对糖尿病相关症状的改善作用。本研究将从蛋白质翻译后修饰的新视角揭示胰岛素抵抗的分子机制、探索2型糖尿病药物的潜在靶标，并为其预防和治疗提供基础。

蛋白质丙二酰化修饰是最近发现的新型蛋白质酰基化修饰，申请人的前期工作首次发现蛋白质丙二酰化修饰与糖脂代谢紊乱密切相关。本项目以此为切入点，整合蛋白组学、生物信息学、细胞生物学、化学生物学的新技术新方法，构建并扩展蛋白质丙二酰化修饰组，分析与糖脂代谢相关的发生丙二酰化修饰的蛋白质及其相互作用网络，确定蛋白质丙二酰化修饰影响细胞糖脂代谢的作用机制，解析细胞调控蛋白质丙二酰化修饰水平以维持胰岛素相关信号通路的分子机理。项目进展顺利，在以下几方面获得了具有创新性的实验结果：.1、发展并优化了实验室前期建立的免疫沉淀偶联液相质谱技术，可用于微量生物样品中的蛋白质丙二酰化和琥珀酰化修饰分析；构建了基于化学发光能量共振转移的BRET实验体系，可以精确检测出活细胞中丙二酰辅酶A的动态变化。这些方法学的建立为深入探索蛋白质丙二酰化修饰的生理与病理生理功能打下了基础。.2、建立肝脏特异性过表达SIRT5蛋白的小鼠模型，发现SIRT5过表达显著增强小鼠肝组织糖酵解水平，抑制糖异生，降低肝组织中的脂质异位存储；提示SIRT5可通过调节重要蛋白质的酰基化修饰而改善模式动物的糖脂代谢紊乱。.3、发现在肝组织中过表达SIRT5可通过FGF21相关信号通路缓解急性心肌梗死，提示SIRT5可能是有效的缓解急性心肌梗死的潜在靶标。.课题执行过程顺利，已发表SCI论文5篇，获得国家发明专利授权1项，培养博士研究生3名，培养硕士研究生2名。