SUMO化修饰在秀丽线虫凋亡细胞清除中的分子机制研究

The prompt removal of apoptotic cell by phagocytes is one of the key step of programmed cell death. Defects in apoptotic cell clearance have been linked with various inflammatory diseases and autoimmunity. However, the detail mechanism of apoptotic cell clearance is still unclear. Our preliminary data showed that SUMOylation was involved in the regulation of apoptosis in Ceanorhabditis elegans. Further results indicated that SUMOylation affected apoptotic cell clearance. In order to further investigate the molecular mechanism of apoptotic cell clearance mediated by SUMOylation, we will use C. elegans, an excellent model organism, to perform the following three parts of study: Verify the participation of SUMOylation in apoptotic cell clearance in C. elegans; Determine which step of apoptotic cell clearance was regulated by SUMOylation; Identify what protein was SUMOylated during apoptotic cell clearance. In completion of this research project, we anticipate that our work may provide new insights into current mechanism of apoptotic cell clearance and will lead to the design of new strategies to fight autoimmune and infectious disease by defects in apoptotic cell clearance.

凋亡细胞被及时而有效地清除是程序性细胞死亡的重要环节之一，其缺陷会导致严重慢性炎症和致死性自身免疫疾病，但其调控机制目前还知之甚少。我们的前期结果表明，SUMO化修饰参与了秀丽线虫的细胞凋亡调控。进一步的研究表明，SUMO化修饰影响了秀丽线虫的凋亡细胞清除。为了更深入地揭示SUMO化修饰参与凋亡细胞清除的分子机制，我们将借助秀丽线虫这一优异的模式动物从以下三个方面进行研究：确定SUMO化修饰参与了秀丽线虫的凋亡细胞清除；阐明SUMO化修饰参与凋亡细胞清除的具体阶段；揭示参与凋亡细胞清除的SUMO化修饰的蛋白底物。此项课题的完成有望进一步完善凋亡细胞清除调控的分子机制，为治疗因凋亡细胞清除障碍而引发的严重炎症或致命性自体免疫疾病提供理论基础。

细胞凋亡是细胞程序性死亡的重要方式之一，在进化上从低等生物（秀丽线虫、黑腹果蝇）到高等哺乳动物具有很大的保守性，是多细胞生物重要的生理或病理现象，能够维持内环境的稳态以及消除潜在有害细胞。凋亡细胞的清除是细胞凋亡过程中最后的关键环节，对组织重塑、抑制炎症和调节免疫反应至关重要。类泛素（SUMO）化修饰，作为大多数真核生物蛋白功能所必需的一种蛋白翻译后修饰，影响底物蛋白的活化、相互作用、亚细胞定位以及稳定性，但是有关SUMO化修饰参与凋亡细胞的清除调控机制仍知之甚少。通过对本项目的研究，我们揭示了SUMO化修饰参与秀丽线虫凋亡细胞清除的机制。前期通过对SUMO化修饰过程中的关键因子进行突变及敲低并统计线虫中的凋亡细胞数目，发现SUMO化修饰参与细胞凋亡的调控，进一步对因SUMO化修饰缺陷造成的凋亡细胞进行四维显微追踪，发现SUMO化修饰参与秀丽线虫凋亡细胞的清除，进一步对凋亡细胞清除过程中的各种囊泡细胞器标记的转基因线虫进行label率的统计，发现SMO-1的缺失影响吞噬体对溶酶体的标记物LAAT-1的招募，吖啶橙（AO）染色的结果表明SMO-1的缺失也会导致吞噬体的酸化受到抑制。我们通过候选基因筛选并结合表型和生化实验，揭示SUMO化修饰参与凋亡细胞清除的蛋白底物是GDP解离抑制因子1(GDI-1)，通过蛋白互作实验以及体外类泛素化实验，证实GEI-17能够介导GDI-1发生SUMO化修饰。并且GDI-1的缺失也会导致凋亡细胞清除的时间明显延长，影响吞噬体的酸化和对LAAT-1的招募，表明GDI-1的缺失造成吞噬体的酸化受损并阻碍了吞噬细胞对凋亡细胞的降解。GDI-1能够与RAB蛋白的GDP形式结合，为了进一步探讨SUMO化修饰的GDI-1如何影响凋亡细胞的清除，我们对线虫中的RAB蛋白与GDI-1做了互作的筛选，证明GDI-1与RAB-1存在互作，GDI-1可能通过影响RAB-1的活性参与凋亡细胞的清除。此项目的完成有助于我们揭示秀丽线虫凋亡细胞清除的分子机制，并能够运用到哺乳动物复杂的凋亡清除的机制中，对因凋亡细胞清除障碍而引发的严重炎症或致命性自体免疫疾病的分子基础提供参考价值。