细胞自噬在初级纤毛生成中的作用及其分子机制的初步研究

摘要

纤毛(Cilium)是真核细胞特有的一种重要细胞器，根据纤毛的运动特性，可以把纤毛分为两种类型，一种称为运动纤毛(Motile cilia)，通常一个细胞具有多根运动纤毛，能够一起规律性地向同一方向摆动;另一种则是非运动纤毛(Non-motile cilia)，如常见的初级纤毛（Primary cilia），一个细胞往往只存在一根初级纤毛，其主要发挥感应外界信号和转导信号的功能。初级纤毛曾经被认为是进化的遗迹，但是近几年的研究显示其在人体许多组织器官的发育和正常生理活动中都发挥着重要的功能，其功能的异常能够导致多种严重的遗传性疾病，统称为纤毛病(Ciliopathy)。然而，初级纤毛的生成过程受到严格的调控，但是其具体的分子机制目前并不清楚。细胞自噬是真核生物中一种通过溶酶体机制降解细胞内生物大分子和细胞器的过程。它是维持细胞内环境稳定和应对外界环境刺激的重要代谢反应，其异常往往与机体多种疾病的发生密切相关，如神经退行性疾病、肿瘤、衰老、Ⅱ型糖尿病等。大量研究发现无血清培养的饥饿条件能够同时诱导细胞自噬和初级纤毛的生成，但是目前对细胞自噬与初级纤毛生成之间的功能相关性研究很少，对其中的分子机制并不是很清楚。
　　在本研究中，我们发现在无血清培养条件下抑制无血清饥饿诱导的自噬可以显著抑制初级纤毛的生成。在有血清的正常培养条件下用雷帕霉素（Rapamycin，一种mTOR蛋白特异性抑制剂）诱导自噬能够显著地促进初级纤毛的生成，抑制基础水平的自噬对初级纤毛的生成没有显著性的影响，这些结果提示诱导性的细胞自噬能够促进初级纤毛的生成。为了进一步验证这一假设，我们运用自噬相关基因Atg5敲除的自噬缺陷型MEF（小鼠胚胎成纤维细胞），发现其在正常培养的条件下，与野生型MEF细胞相比，初级纤毛的长度和生长初级纤毛的细胞数目都没有明显的差异，但是在无血清饥饿条件下Atg5敲除的自噬缺陷型MEF细胞的初级纤毛生成受到抑制，初级纤毛的长度和生长初级纤毛的细胞数量都减少。上述的实验结果提示诱导型的细胞自噬与初级纤毛的生成密切相关，但是其内在的分子机制仍不清楚。
　　有研究表明CP110蛋白(Centriolar coiled coil protein110kDa)从母中心粒上消失是初级纤毛生成的重要前提。我们发现在饥饿的条件下，抑制自噬可导致母中心粒上CP110无法消失，初级纤毛亦不能正常生长;然而抑制蛋白酶体(Proteasome)功能无法阻止母中心粒上的CP110消失，初级纤毛仍然可以正常生长，这一结果提示母中心粒CP110可能是通过自噬途径，而不是蛋白酶体途径降解的。进一步研究发现，在细胞自噬过程扮演重要角色的LC3(Microtubule-associated protein1A/1B-light chain3)在饥饿时可被招募到中心体上;但是，在饥饿条件下同时抑制自噬降解途径能够显著地减少LC3在中心体上的定位。初级纤毛的基体(Basal body)是由中心体（母中心粒）特化而来，初级纤毛的轴丝是在基体的顶端开始生长的。我们发现在饥饿条件下，初级纤毛的基体上存在膜结合型LC3阳性的自噬泡，提示饥饿可能诱导基体发生局部的自噬现象。另外，我们的研究结果还显示，在饥饿的条件下，下调自噬相关蛋白p62的蛋白水平可以显著性的抑制初级纤毛的生成。以上数据提示饥饿诱导性自噬可能通过降解纤毛生成的抑制因子CP110，来促进初级纤毛的生成。本研究有助于我们深入了解细胞自噬在初级纤毛生成过程中的作用，为今后从细胞自噬角度治疗纤毛相关疾病提供了潜在的思路。

目录

声明

致谢

摘要

缩略词表

1 引言

2 材料和方法

2．1 主要仪器和设备

2．2 细胞

2．3 主要试剂

2．4 主要试剂配制方法

2．5 实验方法

3 实验结果

4 讨论

参考文献

综述 初级纤毛生成机制的研究进展

作者简历