SUMO-2在蛋白质翻译调控中的作用机制及其在创伤愈合中的意义

摘要

小泛素样修饰蛋白(SUMO)修饰已被认为在蛋白质活性、稳定性和定位等方面发挥重要调节作用，它通过对靶蛋白的可逆共价结合调节多种重要的真核细胞过程，例如核质运输、转录调节、凋亡、应激反应和细胞周期进程等。在调节基因表达方面，SUMO化修饰具有影响包括DNA转录、mRNA剪切和mRNA多聚腺苷化等功能。但是目前对SUMO化修饰如何影响蛋白质翻译则了解较少。在真核细胞中，大多数蛋白质通过帽子依赖的mRNA翻译进行合成。目前已知，SUMO E2结合酶，即UBC9的过量表达能够显著增加帽子依赖性的荧光素酶报告基因的表达，而SUMO-1的过量表达只是轻微增加荧光素酶报告基因的表达。这可能是SUMO-2/3亚型的修饰涉及帽子依赖性mRNA翻译的调节。然而，SUMO-2/3化修饰对于调节帽子依赖性mRNA翻译的更加详细的作用和内在机制有待进一步研究。
　　哺乳动物雷帕霉素靶点蛋白(mTOR)是丝氨酸/酪氨酸激酶，它对代谢过程和蛋白质翻译速率的调节发挥重要作用。AKT/mTOR通路激活参与促进生长因子合成、血管生成、细胞的增殖和分化等过程。mTOR通路是细胞生长和增殖的关键调节位点，越来越多证据表明，其失调和很多人类疾病有关，例如癌症和糖尿病。糖尿病的特征之一就是延迟伤口愈合，这是由于细胞增殖能力和蛋白质合成能力的显著降低，导致的低水平细胞外基质(ECM)和胶原沉积、生长因子、降低的细胞更新和迁移、再上皮化缺陷、血管生成和肉芽组织形成减弱等。然而，目前有关影响糖尿病伤口愈合的内在分子机制尚未完全了解，特别是调控蛋白质翻译的mTOR通路在糖尿病性创伤中的作用和机制有待进一步研究。
　　目的:
　　阐明蛋白质翻译调控中SUMO-2化修饰的作用及分子机制;探讨调节蛋白质翻译的mTOR通路在糖尿病伤口愈合中的作用和机制。
　　内容:
　　1.在蛋白质翻译调控中SUMO-2化修饰的作用及其分子机制
　　用人类结肠癌细胞株HCT116细胞共转染SUMO-2基因和荧光素酶报告基因的实验检测SUMO-2对帽依赖蛋白质翻译的作用;用免疫共沉淀的方法浓缩并纯化蛋白翻译起始复合物，探讨SUMO-2修饰对eIF4F复合物形成的影响;免疫印迹法测定相关通路蛋白的表达水平。
　　2.mTOR通路在糖尿病伤口病理学中的作用以及巨噬细胞集落刺激因子(Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)促进糖尿病伤口愈合和对mTOR通路的调节及其分子机制
　　对正常和链脲佐菌素诱导糖尿病大鼠的背上用全层皮肤切除方法创造伤口。用免疫印迹法测定Akt/mTOR通路中关键蛋白的表达;随后对糖尿病伤口局部给与GM-CSF，研究其对Akt/mTOR通路激活的影响。在体外通过GM-CSF刺激大鼠原代成纤维细胞检测其对mTOR通路激活的影响。
　　结果:
　　1.HCT116细胞中共转染SUMO-2基因和荧光素酶报告基因的实验结果表明，SUMO-2可以通过激活帽子依赖的蛋白质翻译而显著促进细胞内蛋白质的表达。
　　2.SUMO-2化修饰是激活帽子依赖的蛋白质翻译的先决条件，SUMO-2通过加强eIF4E和eIF4G的相互作用促进eIF4F复合物的形成，SUMO-2能够对抗抑制剂4EGI-1对eIF4E和eIF4G相互作用的抑制作用。
　　3.SUMO-2促进帽子依赖性靶蛋白的表达，如c-myc、cyclin D1等;SUMO-2化修饰能够促进细胞增殖而抑制凋亡。
　　4.和完整的皮肤相比，Akt/mTOR信号通路在正常大鼠的创伤中激活，但是在糖尿病大鼠的创伤中显著受到抑制。局部应用GM-CSF使糖尿病大鼠的创伤愈合时间正常化，同时伴随伤口闭合率、微血管密度、生长因子产量和胶原合成等的增加，更重要的是，治疗同时也使Akt/mTOR通路的关键蛋白表达增加，例如Akt、mTOR、p70S6K、S6、4E-BP1和eIF4E等，表现出受抑制的Akt/mTOR通路的逆转。
　　结论:
　　SUMO-2修饰显著增强了eIF4E和eIF4G的相互作用，从而促进eIF4F复合物的形成而显著促进蛋白质表达，SUMO-2修饰是细胞内的一种重要的调节方式，在细胞翻译的基本机制中起着至关重要的作用。
　　调控蛋白质翻译的Akt/mTOR通路在糖尿病大鼠的皮肤创伤中受到抑制，用GM-CSF增加Akt/mTOR通路关键蛋白的表达和活性，可以显著加速创伤愈合过程，而且改善糖尿病创伤愈合的质量。说明AKT/mTOR信号通路在糖尿病的创伤愈合中发挥直接的关键作用，提示了一个有前景的治疗方法。

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摘要

第一章 前言

第二章 SUMO-2激活蛋白质翻译的分子机制研究

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．3 结果

2．4 讨论

第三章 蛋白质翻译调控的Akt／mTOR通路在糖尿病大鼠创伤愈合中的作用机制研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．3 结果

3．4 讨论

全文结论

参考文献

文献综述一 SUMO化修饰的功能及其在人类疾病中的作用

文献综述二 糖尿病性溃疡治疗的研究进展

攻读博士期间发表的论文

致谢