VAPB-Rab5介导的内质网与内体互作在肌肉分化再生中的作用及机制研究

The interactions among cell organelles are critical for signaling communication and material exchange. However, the physiological relevance of organelle interaction remains elusive. We recently identified Rab5a as a key regulator for myoblast differentiation during muscle regeneration. To further explore the underlying mechanism, we carried out screening and found that VAPB is a novel binding partner of Rab5a. VAPB mediates the contact between ER and other organelles and mutations in VAPB lead to amyotrophic lateral sclerosis. We identified the critical residues in VAPB and Rab5a for mediating their interaction, verified the roles of Rab5a-VAPB in mediating endosome-ER interaction, and displayed that VAPB is critical for myoblast differentiation and muscle regeneration. We aim to further elucidate the molecular mechanism underlying Rab5a-VAPB complex-regulated myoblast differentiation, to analyze the dynamics of Rab5-VAPB during myoblast differentiation, and to reveal the in vivo roles of Rab5a-VAPB in modulating muscle regeneration. Our study will help to delineate the crucial molecules mediating organelle interaction network and reveal their functions in modulating muscle regeneration and homeostasis.

细胞器之间通过互作网络来实现胞内的信号传导和物质交流，以保证生命活动的顺利开展，但细胞器互作的方式和生理功能尚有待深入研究。本项目组近期发现内体生成和转运的关键调控分子Rab5a在肌肉分化与再生中扮演重要角色。为深入研究机理，我们通过筛选发现VAPB是Rab5a的新相互作用蛋白。VAPB是介导内质网和其他膜性细胞器互作的关键节点蛋白，其突变会导致肌萎缩侧索硬化症。我们进一步开展预实验解析了介导Rab5a和VAPB相结合的关键氨基酸位点；明确了二者介导了内体与内质网互作；还发现这一细胞器互作参与调控成肌细胞分化。本项目拟在此基础上阐明Rab5a-VAPB调控成肌细胞分化的机理；研究二者介导的内体与内质网互作在成肌细胞分化过程中的动态调控；并将利用基因敲入手段确认这一细胞器互作在体内肌肉损伤再生中的作用。本研究将有助于解析介导细胞器互作网络的新关键分子，揭示其在肌肉再生和稳态维持中的功能。

膜性细胞器之间的互作是调控机体功能的重要分子事件。本项目发现VAPB和Rab5之间的互作介导了内质网与内体的膜接触。我们进一步解析了介导VAPB与Rab5之间相互作用的关键氨基酸位点，并发现VAPB与Rab5的互作参与调控支架蛋白IRS-1分子的稳定性。我们进一步构建了VAPB敲基因小鼠，确认该小鼠的肌肉等各个组织中IRS-1的表达下调。我们发现该小鼠表现出胰岛素和葡萄糖不耐受的表型。我们从VAPB敲基因小鼠中分离了原代肝细胞，发现回补野生型VAPB能够回复胰岛素激活的AKT磷酸化，而回补丧失与Rab5互作能力的VAPB突变则不能回复，表明Rab5与VAPB介导的细胞器互作在调控胰岛素/IGF信号中扮演关键角色。我们还发现AMPK-TBC1D17是调控Rab5活性的上游信号轴，而AMPK通过磷酸化TBC1D17来调控其自我抑制作用，从而影响Rab5的活性。本项目进一步发现IRS-1能够在细胞内形成点状无膜结构，利用体内外相分离技术确认IRS1能够发生液液相分离，并招募下游的PI3K和Grb2 等分子来形成胰岛素/IGF 信号体。我们的研究揭示了VAPB-Rab5介导的内质网与内体互作的生理功能，还阐明了调控这一互作的上游分子机理。