钙信号酶CD38的调节机制与功能

Membrane protein, CD38 is a multi-functional enzyme, which metabolizes the two second messengers, cyclic ADP-ribose (cADPR) and nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate (NAADP). We have proven that CD38 can be expressed in two opposite orientations, Type II and Type III, in cells. In this proposal, we will investigate the role of these two forms of CD38 in the biosynthesis of NAADP and cADPR, respectively, according to their different features. Since the exchange reaction of NAADP synthesis requires acidic pH, we will discuss, in the first part, whether NAADP is synthesized by the endocytotic CD38, which catalytic domain might be in the acidic environment, during the process of glucose-stimulated insulin secretion in the pancreatic beta-cells. To test whether CD38 can tolerate the lyso-enzymes, we will further construct a lysosome-localized CD38 by fusing with the lysosomal protein, LAMP1. If it cannot survive, the vesicular working model for CD38 is doubtable; otherwise, we can further investigate the influence of this lysosomal CD38 to calcium and insulin release. In the second part, we will focus on the regulatory mechanism of Type III CD38. By yeast-two-hybrid screening with the C-domain of CD38 as a bait, we obtained several candidate proteins, which are all cytosolic. We will further verify the interaction with different strategies, including immunoprecipitation, BiFC, crystallography, etc. Moreover, the regulations by CIB1-mediated phosphorylation and SNAPIN-mediated calcium releasing through ryanodine receptors will be studied to elucidate the signaling mechanisms of type III CD38.

膜蛋白CD38是一个多功能酶，是代谢第二信使cADPR和NAADP的主要酶。前期工作证明，CD38可同时以II型和III型膜蛋白存在。本项目将结合两种形式的CD38的特点，分别探讨它们在NAADP和cADPR生物学发生过程中的调节机制。在第一部分中，我们将探讨NAADP受否可由发生内吞、催化结构域面向溶酶体内腔（低pH）的II型CD38催化而成。所选研究体系是葡萄糖诱导胰岛细胞释放胰岛素的过程，该过程被证明由NAADP介导。我们将深入研究CD38在此过程中的作用，并通过构建溶酶体定位的CD38来验证该工作模型及其对胰岛素释放的影响。第二部分中，将通过酵母双杂交筛选III型CD38的相互作用蛋白，并用多种方法验证。并进一步研究相关蛋白对CD38的调节机制，包括钙离子结合蛋白CIB1介导的磷酸化作用，以及接头蛋白SNAPIN介导的兰尼碱受体相关的钙离子释放等。

膜蛋白CD38是一个多功能酶，是代谢第二信使cADPR和NAADP的主要酶。前期工作证明，CD38可同时以II型和III型膜蛋白存在。本项目结合两种形式的CD38的特点，分别探讨了它们在NAADP和cADPR生物学发生过程中的调节机制。在第一部分中，我们探讨了II型CD38在NAADP和cADPR生物学发生过程中的作用。NAADP是已知最强的钙信使，但它的生物学合成机制一直不清楚。我们论证了通过内吞或其他方式进入溶酶体的II型CD38，因其催化结构域面向溶酶体内腔（低pH），可以催化合成NAADP，当补充底物烟酸时，该活性增强。该工作发表于JBC（2018）杂志。另外，我们还探讨了II型CD38对于cADPR合成的作用，通过构建特异性敲低II型CD38的方法，我们证明了II型CD38几乎不参与细胞内cADPR的生物学合成，该工作发表于JBC（2019-1）杂志。第二部分，通过酵母双杂交筛选III型CD38的相互作用蛋白钙离子结合蛋白CIB1和分子伴侣Hip；CIB可以正向调节III型CD38的活性，以及细胞内cADPR的水平；分子伴侣复合物对于III型CD38的折叠和降解起了重要作用；基于双表位纳米抗体，我们发展了一种可以定量细胞内III型CD38的探针作为工具。该部分的工作分别发表在PNAS（2017）和JBC（2019-2）杂志。另外，我们发现另一个信号酶SARM1可以被CD38的抑制剂激活，在细胞内合成cADPR，工作发表在iScience（2019）杂志。