膜蛋白γ分泌酶潜在底物的发现与功能研究

Protein intracellular proteolysis is an important and complex biological process. Cleavage of its substrate by γ-secretase is typically regulated intramembrane proteolysis. Many studies have shown that substrates of γ-secretase are closely related to the development of a variety of diseases; such as amyloid precursor protein APP which is closely related to the development of Alzheimer's disease, while NOTCH closely associates with many types of tumors. The purpose of this project is to find new potential substrates for γ-secretase based on certain structural information of the transmembrane region amino acids of currently known substrates. Bioinformatics analysis of this transmembrane region in human type I transmembrane proteins will result in the discovery of possible novel substrates of γ-secretase. Some of the newly identified substrates will be confirmed and their biological function further elucidated. In short, this project is expected to uncover some key features of γ-secretase substrates and discover currently unknown substrates for γ-secretase, thus enriching the knowledge of the biological role of γ-secretase and its substrates.

蛋白质的细胞内降解过程是一个复杂而重要的生物学问题, γ分泌酶底物的裂解过程是一个受调节的膜内蛋白质裂解过程。现有研究发现γ分泌酶底物对于多种疾病的发生发展有着密切的关系，淀粉样前体多肽APP可以影响到阿尔茨海默症的发生发展，而NOTCH则与多种肿瘤的发生发展过程密切相关。本项目旨在利用生物信息学手段对已知γ分泌酶底物跨膜区附近的氨基酸分析上，发现某些特定的结构信息，进而利用该相似结构域信息对所有人类的I型跨膜蛋白进行计算分析获得人体所有I型跨膜蛋白中的潜在γ分泌酶底物，并对其中一些新底物进行确认及进一步探索其生物学功能。本项目可望发现揭示典型γ分泌酶底物的一些新特征和发现新的典型γ分泌酶底物，从而丰富对典型γ分泌酶底物及γ分泌酶生物学作用的认识。

γ-分泌酶底物的水解过程是一个复杂而重要的生物学问题，发现其新型底物以及研究其识别底物的全局性特性可能会丰富对γ-分泌酶功能的认识，并促进对相关疾病机理的认知。本项目利用生物化学及生物信息学手段发现了特定碱性氨基酸结构基序对于γ-分泌酶剪切至关重要，并依据此序列获得了人类基因组中所有可能的γ-分泌酶底物，其中56个为已知底物，214个为未知的底物。.AXL隶属于TAM家族（Tyro3、AXL和MERTK），其是一个重要的受体酪氨酸激酶。近年来研究发现，其高表达可提高肿瘤细胞的生存和耐药性。本项目首次发现了AXL膜蛋白的含量受α-和γ-分泌酶剪切的调节，这种调节方式其有别于传统的RTK信号机制。AXL经分泌酶的剪切产物AXL-ICD能够进入细胞核。我们通过生化和细胞生物学手段，鉴定了其N端富含碱性氨基酸的区域是介导这一转位的核定位信号（NLS）。同时，本项目发现AXL上γ-分泌酶位点突变后会造成非小细胞肺癌细胞耐药性加剧。这一新鉴定的翻译后修饰机制为AXL的功能提供新的机制，尤其在非小细胞肺癌的耐药性方面。.目前该项目关于AXL的工作总结发表于国际实验生物学重要期刊FASEB J.，关于全局性γ-分泌酶底物论文正在投稿中。