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线粒体呼吸链复合体I对果蝇肠道干细胞增殖分化的调控作用及内在机制

批准号:
32100586
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
陈菲
依托单位:
学科分类:
细胞增殖及细胞周期
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈菲

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
干细胞增殖与分化之间的平衡一旦打破则易形成肿瘤干细胞(Cancer stem cells, CSCs), CSCs对肿瘤的起源、复发和转移具有决定性作用。线粒体呼吸链复合物I(mitochondrial complex I, MCI)在电子传递及氧化磷酸化过程中起关键作用,越来越多的研究表明MCI也调控干细胞的增殖分化。果蝇肠道是目前研究干细胞增殖分化调控的一个理想器官模型,之前实验中我们建立了活体病理模型来模拟肿瘤发生和转移不同阶段,抑制MCI表达后肠道组织恢复稳态,提示MCI下调使干细胞增殖分化失衡得到改善。本项目中,我们拟进一步观测MCI对不同状态下干细胞增殖分化的调控作用,并通过果蝇遗传学操作、分子生物学、细胞生物学和转录组测序等实验方法在ROS、AMPK信号通路和糖代谢途径等方面揭示MCI调控干细胞增殖分化的可能内在机制,为靶向MCI的分阶段针对性治疗肿瘤提供理论基础。
英文摘要
Tissue homeostasis is regulated by tightly controlled division and differentiation of multipotent somatic stem cells that give rise to different cell types of a given tissue. CSCs play a decisive role in the origin, recurrence and metastasis of tumors. Mitochondrial respiratory complex I (MCI) plays a key role in electron transfer and oxidative phosphorylation. More and more studies have shown that MCI also regulates the proliferation and differentiation of stem cells. Here, we used Drosophila midgut intestinal stem cell (ISCs) as an in vivo model system to simulate the tumor occurrence and metastasis of different stages. Downregulation of MCI expression in pathological groups makes the balance of self-renewal and differentiation to restore. We proposed a further observation of regulation function of MCI on differentiation and proliferation of stem cells under different states. The possible internal regulatory mechanisms of MCI in proliferation and differentiation of stem cells would be revealed in terms of ROS, AMPK signaling pathway and glucose metabolism pathway through Drosophila genetic manipulation, molecular biology, cell biology and transcriptome sequencing, etc., which would provide a theoretical basis for the MCI targeted treatment of tumors.
本项目利用果蝇肠道干细胞 (Intestinal stem cells, ISCs) 作为实验对象研究线粒体复合体I(Mitochondrial complex I, MCI)对干细胞增殖分化的调控作用及下游机制。我们首先对 MCI 内单个亚基表达进行干扰(ND75 RNAi),构建了MCI缺陷组果蝇,通过肠道表型分析,我们发现下调Complex I亚基可以抑制年老果蝇的肠道失衡所造成的干细胞过度增殖。通过对MCI缺陷组和正常对照组的转录组测序结果进行分析,我们发现ND75的敲降可能通过Hippo通路使得JAK/STAT(配体Upd)和EGFR(配体vn)信号通路活性降低来抑制年老果蝇肠道干细胞的增殖。同时,我们在一个之前构建的类肿瘤模型(NRNAi)中下调Complex I亚基也会显著抑制肿瘤模型中肠道干细胞的过度增殖,即下调ND75可能抑制肿瘤。为了探究MCI对干细胞增殖分化调控作用的下游机制,我们通过果蝇遗传学操作和细胞生物学等实验方法进行研究,发现病理状态下MCI缺陷果蝇与单纯病理组果蝇相比线粒体膜电位降低、干细胞增殖减少,从这个结果表明MCI缺陷引起的线粒体膜电位降低及线粒体代谢也可能是类肿瘤组中干细胞数目减少的原因之一;最终通过对MCI缺陷的果蝇肠道干细胞内的FOXO通路、 AMPK通路等进行调控,发现无论是FOXO 通路还是AMPK通路均对MCI缺陷类肿瘤病理组果蝇ISCs增殖有所影响,因此FOXO和AMPK可能是MCI抑制果蝇肠道类肿瘤中ISCs过度增殖的下游信号通路。.本项目阐释了MCI对正常生理和类肿瘤病理状态下的干细胞增殖分化的调控作用,并进一步探究了MCI在干细胞增殖分化调控中可能的下游分子机制,为靶向MCI精准治疗肿瘤提供一定的理论基础。
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