OCRL1与ORP4L竞争利用细胞膜PIP2维持细胞Ca2+稳态与生存的作用和机制研究

Ca2+ homeostasis is crucial for cell survival. It has been proved that ORP4L is highly expressed in T-ALL cells and maintains cell Ca2+ signal, its overexpression induced Ca2+ oscillation out-of-balance and cell death. The collaborative mechanism of preventing overreacted Ca2+ signal is poorly understood. In our preliminary study, we found that inositol polyphosphate 5-phosphatase OCRL1 interacts with ORP4L and reduces PIP2 content of plasma membrane; OCRL1 is essential for T-ALL cell survival and its knockdown induced cell death; OCRL1 suppressed the role of ORP4L in Ca2+ release enhancement. We hypothesize that: OCRL1 acts as a functional negative regulator of ORP4L, it prevents excessive PIP2 hydrolysis by PLCβ3, resulting out-of-balance Ca2+ oscillation and cytotoxicity by using plasma membrane PIP2 competitively with ORP4L. In this project, we intent to employ clinical samples, cell lines and mouse model to elucidate this hypothesis, providing new insight into the regulatory mechanism of Ca2+ homeostasis and survival in T-ALL cell.

Ca2+信号稳态对细胞生存至关重要。ORP4L维持T-ALL细胞正常的Ca2+ 信号，但其过表达会导致Ca2+信号节律失衡和细胞死亡，是否存在一个协同机制以防止Ca2+信号过强，值得认真探索。我们前期研究发现：1）PIP2磷酸酶OCRL1在T-ALL细胞中高表达并维持T-ALL细胞生存； 2）OCRL1物理结合ORP4L并降低细胞膜PIP2含量；3）OCRL1抑制ORP4L对Ca2+信号的增强作用。据此我们提出假说：OCRL1是ORP4L的负调控因子，与ORP4L竞争PIP2，限制过量PIP2通过PLCβ3水解产生过强的Ca2+信号和细胞毒性。本课题拟在临床标本、细胞系和小鼠模型中阐明上述假说，以期从细胞膜PIP2利用角度揭示T-ALL 细胞Ca2+信号稳态与生存的系统性调节机制，为T-ALL治疗提供新的思路。

研究背景：T细胞急性淋巴细胞白血病（T-ALL）是最致命和最具侵袭性的血液系统恶性肿瘤之一，但其控制细胞存活的病理机制尚不完全清楚。OCRL1，一种磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸[PI(4,5)P2] 5-磷酸酶，参与调节膜运输和磷脂酰肌醇代谢。该基因的突变导致Lowe眼脑肾综合征，而其在肿瘤细胞生物学中的功能研究尚不存在。. 该项目的主要研究内容是在T-ALL细胞中，OCRL1与OSBP相关蛋白4L（ORP4L）如何调控细胞膜PI(4,5)P2的代谢，维持细胞Ca2+稳态与细胞生存。通过细胞系、临床T-ALL病人标本，我们发现OCRL1在T-ALL细胞中过表达，敲低OCRL1会导致细胞死亡，表明OCRL1在控制T-ALL细胞生存中的重要作用。分子机制研究方面，OCRL1主要定位于高尔基体，并且可以在配体刺激下转移到细胞膜。 我们发现OCRL1与ORP4L相互作用，这有助于OCRL1在抗分化簇 3（CD3）抗体刺激下从高尔基体转位到细胞膜。通过这种方式，OCRL1抑制了ORP4L的活性以防止磷酸肌醇磷脂酶C β3（PLCβ3）过度水解PI(4,5)P2，不受控制地产生肌醇 1,4,5-三磷酸（IP3）和从内质网释放Ca2+。因此，OCRL1缺失导致质膜中PI(4,5)P2大量积累，产生持续过量的IP3，破坏细胞质和线粒体中正常的Ca2+ 振荡模式，影响线粒体代谢功能并最终导致T-ALL细胞能量耗竭和细胞死亡。这些结果证明了OCRL1在维持T-ALL细胞膜中适度PI(4,5)P2可用性方面的关键作用。. OCRL1在T-ALL细胞存活中的作用表明它可能是T-ALL的可行性治疗靶点，我们的研究结果提高了靶向OCRL1治疗T-ALL疾病的可能性，为治疗这种致命恶性肿瘤提供了新的思路。

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