转录因子ISL-1抑制正常成体胰岛β细胞凋亡的功能与分子机制研究

ISL-1 is an important transcriptional factor which maintains significant high expression level in adult pancreatic islet β cell. It has been demonstrated in our previous study that ISL-1 promotes islet β cell proliferation by up-regulating CyclinD1 expression via forming a complex with Set7/9 and PDX-1. This complex increases the histone H3K4 methylation of the CyclinD1 promoter region and strengthen the binding of RNA pol II. In further study, we find that ISL-1 may inhibit β cell apoptosis. However, the mechanism underlying this process and the switch of this dual function is still unclear. In this study, we will utilize cell and animal model to verify the hypothesis we raised, which may extend the function of ISL-1 in β cell apoptosis and cell count maintenance: in addition to promoting β cell proliferation, ISL-1 is also capable to inhibit β cell apoptosis through up-regulating Mdm2 transcription and increasing P53 protein ubiquitination by ISL-1/MDM2/P53 complex, and these dual function may be regulated by post-translational phosphorylation of 33rd lysine on ISL-1 amino acid sequence. Taken together, this investigation is designed to focus on transcription regulation and epigenetic modification to research β cell apoptosis and cell count maintenance, which is a new perspective for ISL-1 function study. This program will also offer new theoretical evidences for the basic and clinical research of pancreatic islet related diseases.

ISL-1是成体胰岛β细胞特异性高表达的重要转录因子。我们已证实，ISL-1通过与Set7/9、PDX-1形成复合体，上调Cyclin D1启动子区组蛋白H3K4甲基化水平并增强RNA pol II结合，从而促进β细胞增殖。进一步研究发现，ISL-1还可抑制β细胞凋亡，但具体机制及ISL-1双重功能如何调控却仍未阐明。在本项目中，我们将利用细胞和动物模型，论证ISL-1抑制胰岛β细胞凋亡并维持数量稳定的机制假说：除促进细胞增殖外，ISL-1还可增强Mdm2转录，并以ISL-1/MDM2/P53复合体形式促进P53蛋白质泛素化从而抑制β细胞凋亡。同时，ISL-1 33位丝氨酸磷酸化状态可调控不同复合体形成来实现功能多效性转换，进而从两方面维持β细胞数量稳定。本课题是转录调控与表观遗传修饰相结合来探讨胰岛β细胞凋亡和数量稳定的新视角，其顺利完成可为胰岛相关疾病的基础及临床研究提供新的理论依据。

β细胞是胰岛功能的主要承担者，其数量在正常生理状态下比较稳定。但胰岛细胞并非终生保持绝对稳定，而是在成体中仍然维持一定程度的更新。我们先前的研究表明，胰岛素基因增强子结合蛋白1（insulin gene enhancer binding protein-1, ISL-1）是一个在成体胰岛细胞中发挥维持胰岛细胞数量“稳态”的重要转录因子：ISL-1可通过直接结合到Cyclin D1基因上游-698～-685位的TAAT序列并招募重要的胰岛特异性转录因子PDX-1以及胰岛特异性组蛋白甲基转移酶Set7/9形成转录复合体，通过调控RNA Pol II结合能力和组蛋白H3K4甲基化水平调控Cyclin D1基因表达，从而促进成体胰岛β细胞增殖。众所周知，胰岛β细胞的增殖并非持续性过程，而是一个受到调控的诱导性过程，因此，ISL-1的促β细胞增殖功能并不能解释其在β细胞中持续高表达的原因。在本研究中，我们继续对ISL-1在胰岛β细胞中的功能进行了深入研究，试图探索此问题。通过研究，我们发现：ISL-1可通过调控Mdm2基因表达并参与Mdm2对P53的泛素化降解而调控P53蛋白质表达，从而抑制β细胞凋亡；ISL-1通过自身第33位丝氨酸（S33）磷酸化状态不同而发挥促增殖/抗凋亡功能，即ISL-1在磷酸化状态下发挥抗凋亡功能，而在去磷酸化状态下发挥促增殖功能。通过不同修饰状态的调控，即实现了ISL-1在胰岛β细胞中的功能转换，进而发挥双重功能。另一方面，我们也对ISL-1的上游调控机制进行了研究，初步确定了肝脏分泌的激素样蛋白Betatrophin对ISL-1磷酸化存在调控作用，其调控过程可能是通过PI3K/Akt信号通路实现。本项目研究结果首次证实了ISL-1在β细胞中的新功能，新机制，提出了ISL-1的功能实现主要在于修饰状态而非绝对表达量的观点，为β细胞数量维持机制的研究提供了新视野、新思路。