课题基金 / 基金详情

线粒体炫和活性氧信号调控细胞能量代谢平衡的机制研究

批准号:
92157105
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
54.0 万元
负责人:
王显花
依托单位:
学科分类:
细胞代谢、应激及稳态调控
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王显花

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
线粒体是细胞能量代谢的中枢和活性氧(ROS)的主要产生位点,ROS作为高反应活性的化学分子,在细胞信号转导中发挥重要作用。本课题组发现了新形式的线粒体功能信号,即线粒体炫,发现线粒体炫是单个线粒体水平ROS产生和能量代谢的复合信号,而且在细胞能量代谢过程中发挥重要作用。同时,我们前期研究发现包括三羧酸循环和呼吸链蛋白在内的530多个线粒体蛋白的半胱氨酸位点能够被ROS氧化修饰,提示ROS所介导的蛋白氧化还原修饰是线粒体能量代谢调控的重要机制。本课题将利用线粒体蛋白质氧化还原组学和代谢组学技术,结合线粒体代谢功能检测,研究长时程本底ROS和瞬时线粒体炫信号对线粒体能量代谢蛋白的氧化还原修饰作用,从蛋白质翻译后修饰新视角解析线粒体能量代谢的调控机制。进一步鉴定受氧化还原修饰的关键代谢蛋白,建立突变小鼠模型,揭示它们在糖脂代谢稳态平衡调控中的生理、病理功能,为治疗代谢相关疾病提供新策略、新靶点。
英文摘要
Mitochondria are not only the center of energy metabolism but also the major site of ROS production. ROS are active to react with cellular molecules and play important roles in signal transduction. We focus on studying the signal transduction and biological functions of mitochondrial flash (mitoflash) which was discovered by our group and find the mitoflash is a multiplexed signal interwined with ROS production and energy metabolism. Importantly, it participates in regulating energy metabolism. Our preliminary data show that about 530 mitochondrial proteins including subunits of respiratory chain and enzymes in Kreb’s cycle are modified by ROS at their cysteine sites, suggesting that the ROS-mediated mitochondrial protein redox modifications might take part in regulating energy metabolism. In the present study, we will study the roles of basal ROS and transient bursting ROS in mitoflash in redox modification of mitochondrial key metabolic proteins using mitochondrial oxidation-reduction proteomics profiling, metabolic flux analysis, and mitochondrial functional assays. We aim to illustrate the underlined mechanism of mitochondrial metabolism from the new angle of protein post-translational modifications. Further, we will identify the key metabolic proteins modified by redox and reveal their physiological and pathological functions in the balance of glucose and fatty acid metabolism. Our study will not only identify new mechanism of energy metabolism, but also provide new targets and strategies for the therapeutics of metabolic diseases.
蛋白质半胱氨酸残基具有强的氧化还原反应性,它们既能感应细胞的氧化还原环境变化,还能通过其自身的氧化修饰来应答细胞氧化还原环境变化。因此,维持蛋白质半胱氨酸组的氧化还原稳态平衡是细胞生命活动所必需的。线粒体作为细胞中活性氧的主要产生位点,其蛋白质半胱氨酸组面临尤为严峻的氧化压力,毋容置疑,线粒体需要强有力的抗氧化机制来维持其半胱氨酸组的氧化还原稳态平衡。线粒体脂肪酸β-氧化是肝脏脂肪代谢的主要途径,而线粒体在脂肪酸代谢过程中会产生大量活性氧,引起蛋白氧化损伤。因此,线粒体在脂肪酸氧化代谢过程中需要感知氧化压力,进行及时应答,以保证脂肪酸代谢的正常进行,但肝脏线粒体如何实现脂代谢的精确调控还知之甚少。本项目发现线粒体内膜小蛋白ROMO1对氧化还原电势非常敏感,它能够通过直接清除活性氧和阻止半胱氨酸的不可逆氧化来维持线粒体蛋白质半胱氨酸组的氧化还原修饰稳态平衡。ROMO1通过保护线粒体重要功能蛋白的活性半胱氨酸,能够增强多种线粒体功能,如促进线粒体呼吸和抑制线粒体膜通透性转换等。重要的是,本项目发现ROMO1介导的线粒体蛋白氧化还原修饰调控在肝脏脂质代谢中发挥极其重要的作用,并进一步揭示了ROMO1发挥作用的分子机制,发现ROMO1通过抑制肝脏代谢压力所引起的LONP1次磺酸化来防止LONP1对SIRT3蛋白的过度降解,进而减少线粒体脂质代谢关键酶的乙酰化,增强线粒体脂肪酸氧化代谢,减轻脂滴堆积和肝脏损伤。因此ROMO1-LONP1-SIRT3分子轴能够感知、应答线粒体脂代谢过程中的氧化压力,防止线粒体代谢酶的超乙酰化,进而调控肝脏脂代谢的稳态平衡。该研究不仅揭示了线粒体蛋白质组氧化还原修饰稳态的精确调控新机制,而且为治疗肝脏脂代谢紊乱等相关疾病提供了新靶点和新思路。
线粒体炫在棕色脂肪产热中的功能及机制研究
  • 批准号:
    31971158
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    王显花
  • 依托单位:
大肠杆菌pH震荡信号的调控机制及功能研究
  • 批准号:
    31670039
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    王显花
  • 依托单位:
线粒体超氧炫在心脏能量稳态调控中的功能及作用机制研究
  • 批准号:
    31470811
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    王显花
  • 依托单位:
心肌钙信号与活性氧信号的调控研究
  • 批准号:
    30900264
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    王显花
  • 依托单位:
国内基金
海外基金