小G蛋白泛素化分子机制研究

Small G proteins act as molecular switches in regulating a wide variety of cellular physiological and biochemical functions. Papers reported several small G proteins are targeted for ubiquitination and degradation, thus regulating their biological functions. However most of them is unreported being ubiquitylated. In our study, we aim to clone this 150 member genes of Small G protein superfamily (have successfully cloned over 100 genes), screen the responsible E3 ubiquitin ligase(s) by co-transfecting them with E3 ubiquitin ligases of Nedd4-like family ( preliminary results see the work foundation part) and further study the mechanism of ubiquitination-mediated regulation of small G proteins. We next aim to explore how ubiquitylation modification works as a mechanism in participating many small G protein involved signaling pathways and regulating multiple cellular biological functions. Our study would provide us a general picture of ubiquitylation modification of Small G protein superfamily, and as reseach continues, it would help us with our understanding of tumorigenesis.

小G蛋白家族成员众多，它们作为分子开关，在细胞内众多的生理生化调节过程中起着关键作用。文献报导泛素化修饰通过介导某些小G蛋白的降解过程进而调控其生理功能，然而绝大部分成员泛素化修饰的分子机制尚无研究。本项目通过克隆小G蛋白家族150个成员基因（已克隆超过100个基因），将其与Nedd4类泛素连接酶共转染，筛选介导小G蛋白泛素化修饰的E3泛素连接酶（初步结果见工作基础），并解析其被泛素化的分子机理；探索泛素化修饰作为一种普遍的调控机制，通过调控小G蛋白的表达水平与活性，进而参与调控细胞中多种信号通路和生理生化过程。该项目将为我们系统性地揭示小G蛋白的泛素化修饰情况，其研究的深入将帮助我们认识癌症发生发展的机理。

小G蛋白作为分子开关，在细胞内参与众多生理生化调节过程，且许多小G蛋白与人类多种癌症的发生发展有密切关系。文献报导部分小G蛋白可被泛素化修饰并降解，然而绝大部分成员是否能被泛素化修饰尚无研究。本项目通过克隆小G蛋白家族成员基因，将其与E3泛素连接酶两两组合共转染入HEK-293T细胞，筛选特异性介导小G蛋白泛素化降解的E3泛素连接酶。筛选结果发现小G蛋白表达水平可广泛的被E3泛素连接酶C2-WW-HECT亚家族成员调节，表明泛素化修饰作为一种普遍的调控机制，调控着小G蛋白的表达水平与活性。本项目还具体解析了Nedd4泛素化降解Rheb的分子机制，Nedd4通过直接和Rheb结合并介导其泛素化修饰并通过蛋白酶体途径降解。进一步的研究表明Nedd4可以通过负调控Rheb的蛋白水平下调mTORC1复合体的活性。在食管癌细胞KYSE-150中，过表达Nedd4会导致mTORC1复合体活性下调，敲低Nedd4可观察到mTORC1复合体活性上调，而敲低Nedd4的同时也敲低Rheb的表达，则由敲低Nedd4引起的mTORC1复合体的活性上调这一现象即被废除。在人类多种疾病和癌症中可见mTORC1的过度激活，该部分研究提示Nedd4/Rheb/mTORC1通路可作为潜在药物靶点。本项目进一步以Rac1泛素化修饰为靶点筛选出具有抗肿瘤活性的天然产物倍半萜类化合物花姜酮（Zerumbone），花姜酮通过促进Rac1的泛素化降解抑制食管癌细胞的迁移能力。综上所述，本项目提示泛素化修饰是小G蛋白表达水平与活性的一种普遍化调控机制，可作为多种疾病潜在的药物筛选靶点。