秀丽线虫SET-18调控线粒体和内质网未折叠蛋白压力应答的研究

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细胞受到病毒感染,氧化损伤等应激时,导致细胞内积累大量的错误折叠或未折叠蛋白质。为了维持细胞内的蛋白稳态,细胞通过增强蛋白折叠、加速未折叠蛋白质的降解等方式清除未折叠的蛋白质,该过程被称为未折叠蛋白压力应答(unfolded protein response,UPR)。该应答过程主要发生在线粒体和内质网两个细胞器,分别为线粒体和内质网未折叠蛋白压力应答,即UPRmt和UPRER。已有研究发现,UPRmt和UPRER能力与生物体衰老密切相关。在生物体衰老进程中,UPRmt或者UPRER的应答能力发生下降。而激活秀丽线虫UPRmt或者UPRER能够延长线虫的寿命。秀丽线虫是研究衰老调控的经典模式生物之一。本实验室已有的研究发现,具有组蛋白H3K36二甲基转移酶活性的SET-18,通过与哺乳动物高度保守的Insulin/IGF-1信号通路促进线虫衰老。SET-18通过对该信号通路中的FOXO转录因子daf-16a的启动子进行H3K36me2修饰,抑制了daf-16a转录,从而加速了衰老进程。但是SET-18对衰老的促进作用是通过调控何种细胞活动而实现的,目前仍不清楚。由于SET-18主要在线虫肌肉特异性表达,而肌肉是相应UPRmt和UPRER的重要场所。另外有研究发现,与SET-18同源的哺乳动物中SMYD1基因参与UPRER反应。因此,本论文将就SET-18是否调控UPRmt和UPRER进行探讨。HSP-6和HSP-60是应答UPRmt的主要标记基因。我们首先利用杂交技术,构建了带有hsp-6::GFP和hsp-60::GFP的set-18(gk334)突变体线虫。经基因型鉴定构建成功后,通过荧光显微镜观察发现,set-18基因缺失不影响HSP-6和HSP-60的表达水平。在通过RNAi抑制细胞色素C氧化酶cco-1而诱发UPRmt的情况下,野生型线虫N2和set-18(gk334)突变体线虫中HSP-6和HSP-60的表达水平仍然接近。由此说明,SET-18不参与UPRmt过程的调控。HSP-4是应答UPRER的主要标记基因。我们通过杂交技术和基因型鉴定,首先成功构建了带有hsp-4::GFP的set-18(gk334)突变体线虫,然后我们分别对带有该GFP标签的野生型N2和set-18(gk334)突变体线虫进行热激和衣霉素(tunicamycin,TM)处理以激活UPRER。我们发现,day 1时期(成虫第一天)的N2线虫在热激和TM处理后,HSP-4的表达水平明显提高。但是day 1时期的set-18(gk334)突变体线虫中,热激和TM处理和未处理,HSP-4的表达水平没有明显变化。这说明,set-18基因缺失影响了UPRER应答的过程。另外,我们又检测了线虫衰老进程,即从成虫第三天到第11天,set-18(gk334)突变体线虫应答UPRER的情况。我们发现,随着衰老进程,野生型N2线虫应答由TM诱导的UPRER的能力逐渐减弱。但对于不同衰老程度(day 1、day 3、day7、day 11)的set-18(gk334)突变体线虫,TM处理都不能激活HSP-4的表达。这说明SET-18对UPRER的调控并不随着衰老进程而发生变化。另外,我们在set-18(gk334)突变体线虫针对SET-18的靶基因daf-16进行RNAi处理,发现daf-16RNAi并不影响set-18基因缺失对UPRER应答的影响。以上研究表明,组蛋白H3K36me2甲基转移酶SET-18,参与UPRER调控过程,但不参与UPRmt调控。另外,SET-18对UPRER的调控不随着衰老而发生改变,且不依赖DAF-16的活性。该研究为进一步探讨组蛋白H3K36me2修饰促进衰老的细胞学机制奠定了一定的基础。
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