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磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine,PS)作为真核细胞中最丰富的阴离子磷脂,对于细胞凋亡、血液凝集、货物运输、细胞粘附和迁移等生命活动具有重要意义。哺乳动物PS合成缺陷将不能存活,过量产生则会导致先天性疾病Lenz-Majewski综合征。因此探究PS精确的亚细胞分布、翻转及定位的调节机制对于阐明细胞内各项生命活动的分子机制以及疾病的治疗有着举足轻重的作用。
PS在膜上的不对称分布主要受P4-ATPase家族蛋白建立和维持,它们能特异性地将磷脂从细胞膜胞外侧或细胞器内腔面翻转到胞质一侧。ATP8A1是P4-ATPase家族成员之一。CDC50A作为ATP8A1的β亚基,对ATP8A1在内质网折叠成熟并输出,进而发挥翻转酶活性具有重要意义。Rab10作为小G蛋白,囊泡转运的关键调节因子,通常在激活状态时参与广泛的生命活动。我们正在开展的研究发现组成型激活的Rab10Q68L会影响ATP8A1在胞内的定位。虽然CDC50A和Rab10Q68L均对ATP8A1的定位产生影响,但是CDC50A和Rab10Q68L是否会进一步调节PS的翻转、定位及功能仍待探究。
本文以Hela细胞为研究载体,利用共聚焦显微成像技术,探究CDC50A和Rab10Q68L是否会通过改变以ATP8A1为代表的P4-ATPase的定位分布,进而对PS的翻转、定位及细胞的粘附铺展等生理功能产生影响。首先通过转染表达GFP-Lact-C2质粒和外源孵育rEGFP-LACT-C2蛋白两种方法标记PS,证实PS除了在质膜有丰富定位,在胞内循环内吞体(recycling endosome,RE)也有大量分布。随后通过shRNA沉默CDC50A的表达,发现其导致ATP8A1滞留在内质网,进一步的研究发现敲低CDC50A导致标记胞浆侧PS的mCherry-Lact-C2荧光强度降低,而标记质膜外侧PS的AnnexinV-FITC出现荧光,表明敲低CDC50A会抑制PS从质膜外侧翻转到质膜内侧。同时值得注意的是,在RE上PS的荧光强度也显著降低,推测敲低CDC50A也抑制了内吞体上PS的翻转。但缺失ATP8A1对标记胞浆侧PS的mCherry-Lact-C2荧光强度没有影响,我们推测可能其它PS翻转酶发挥活性补偿了ATP8A1的功能。综上,我们认为CDC50A被敲低表达后会导致以ATP8A1为代表的PS特异性翻转酶成熟出ER受抑制,进而抑制质膜和内吞体上PS的翻转。当与CDC50A共表达时,ATP8A1从ER转运到胞浆点状结构和质膜,并在质膜的丰度显著增强,同时Lact-C2标记的PS在质膜水平也增加,这可能是ATP8A1发挥翻转活性导致质膜胞浆侧PS水平增加所致。过表达Rab10Q68L会导致ATP8A1在近核区聚集分布,同时PS的定位也发生相应变化,集中定位在高尔基体。进一步的粘附铺展实验结果显示敲低CDC50A和过表达Rab10Q68L均抑制细胞的粘附铺展能力,表明敲低CDC50A和过表达Rab10Q68L可能分别通过影响PS的翻转和亚细胞定位来影响了细胞的运动。我们的结果为PS翻转和定位调节机制的研究提供线索。
PS在膜上的不对称分布主要受P4-ATPase家族蛋白建立和维持,它们能特异性地将磷脂从细胞膜胞外侧或细胞器内腔面翻转到胞质一侧。ATP8A1是P4-ATPase家族成员之一。CDC50A作为ATP8A1的β亚基,对ATP8A1在内质网折叠成熟并输出,进而发挥翻转酶活性具有重要意义。Rab10作为小G蛋白,囊泡转运的关键调节因子,通常在激活状态时参与广泛的生命活动。我们正在开展的研究发现组成型激活的Rab10Q68L会影响ATP8A1在胞内的定位。虽然CDC50A和Rab10Q68L均对ATP8A1的定位产生影响,但是CDC50A和Rab10Q68L是否会进一步调节PS的翻转、定位及功能仍待探究。
本文以Hela细胞为研究载体,利用共聚焦显微成像技术,探究CDC50A和Rab10Q68L是否会通过改变以ATP8A1为代表的P4-ATPase的定位分布,进而对PS的翻转、定位及细胞的粘附铺展等生理功能产生影响。首先通过转染表达GFP-Lact-C2质粒和外源孵育rEGFP-LACT-C2蛋白两种方法标记PS,证实PS除了在质膜有丰富定位,在胞内循环内吞体(recycling endosome,RE)也有大量分布。随后通过shRNA沉默CDC50A的表达,发现其导致ATP8A1滞留在内质网,进一步的研究发现敲低CDC50A导致标记胞浆侧PS的mCherry-Lact-C2荧光强度降低,而标记质膜外侧PS的AnnexinV-FITC出现荧光,表明敲低CDC50A会抑制PS从质膜外侧翻转到质膜内侧。同时值得注意的是,在RE上PS的荧光强度也显著降低,推测敲低CDC50A也抑制了内吞体上PS的翻转。但缺失ATP8A1对标记胞浆侧PS的mCherry-Lact-C2荧光强度没有影响,我们推测可能其它PS翻转酶发挥活性补偿了ATP8A1的功能。综上,我们认为CDC50A被敲低表达后会导致以ATP8A1为代表的PS特异性翻转酶成熟出ER受抑制,进而抑制质膜和内吞体上PS的翻转。当与CDC50A共表达时,ATP8A1从ER转运到胞浆点状结构和质膜,并在质膜的丰度显著增强,同时Lact-C2标记的PS在质膜水平也增加,这可能是ATP8A1发挥翻转活性导致质膜胞浆侧PS水平增加所致。过表达Rab10Q68L会导致ATP8A1在近核区聚集分布,同时PS的定位也发生相应变化,集中定位在高尔基体。进一步的粘附铺展实验结果显示敲低CDC50A和过表达Rab10Q68L均抑制细胞的粘附铺展能力,表明敲低CDC50A和过表达Rab10Q68L可能分别通过影响PS的翻转和亚细胞定位来影响了细胞的运动。我们的结果为PS翻转和定位调节机制的研究提供线索。