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SM蛋白与Syt-7调控胰岛素分泌颗粒融合的机制研究

批准号:
32100546
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:
刘英辉
依托单位:
学科分类:
细胞器及亚细胞结构、互作与功能
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘英辉

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
葡萄糖刺激的胰岛素分泌障碍是2型糖尿病的主要病理特征之一。在钙离子触发下,胰岛素分泌颗粒与细胞膜融合将胰岛素释放到细胞外。除SNARE外,胰岛素分泌颗粒融合还需要Sec-1/Munc18(SM)蛋白和钙信号蛋白Syt-7来调控。目前已发现多达7种SNARE蛋白和3种SM蛋白参与了这一复杂过程。SM蛋白、Syt-7是如何调控胰岛素分泌颗粒融合的还不清楚。我们在预实验中发现3种SM蛋白在胰岛素分泌中的保守功能是促进SNARE蛋白介导的囊泡融合,但每一个SM蛋白有其特异的调控机制。Syt-7通过和t-SNARE蛋白、脂质结合,与SM蛋白一起协同调控胰岛素分泌颗粒融合。本项目将通过膜蛋白功能重组技术和细胞实验系统地研究SM蛋白、Syt-7与SNARE结合调控胰岛素分泌颗粒融合的机制,揭示GLP-1磷酸化融合蛋白对胰岛素分泌的影响,为认识2型糖尿病的产生机制和以胰岛素分泌为靶治疗糖尿病提供新思路。
英文摘要
Impairment in glucose-stimulated insulin secretion is a hallmark of type 2 diabetes. Intracellular insulin is released through Ca2+-triggered insulin granule fusion. Insulin granule fusion is mediated by SNARE, Sec1/Munc18 (SM) proteins and the Ca2+-binding factor Syt-7. The SNARE-SM machinery of insulin granule fusion is considerably complex, seven SNARE proteins and three SM proteins are involved in this process. It remains unknown how SM proteins and Syt-7 act in concert to regulate insulin granule fusion. In our preliminary studies, we identified that the conserved function of SM proteins in insulin secretion is acceleration of SNARE-mediated vesicle fusion, although each of them has divergent mechanisms. We observed that Syt-7 bound to t-SNAREs and phosphatidylserine in a Ca2+-dependent manner, and Syt-7 and SM proteins cooperatively promote insulin granule fusion. In this proposal, we will use in vitro functional reconstitution assays and cell-based experiments to investigate the regulatory mechanisms of SM proteins and Syt-7 in SNARE-dependent insulin granule fusion. We will uncover how insulin secretion is modulated by GLP-1-induced fusion protein phosphorylations. This work will help to understand the molecular basis of type 2 diabetes and identify new drug targets from the regulation of insulin secretion.
胰腺β细胞受葡萄糖等信号的调控分泌胰岛素来维持血糖稳态。葡萄糖信号刺激的胰岛素分泌缺陷是2型糖尿病的主要病理特征之一。在葡萄糖信号转化的第二信使钙离子的触发下,胰岛素分泌颗粒与细胞质膜融合释放胰岛素。SNARE复合物是驱动膜融合的核心蛋白质机器。胰岛素分泌颗粒融合还需要Sec-1/Munc18(SM)蛋白和钙信号蛋白Synaptotagmin-7(Syt-7)等调控因子来精准调控。目前已发现多种SNARE和SM蛋白参与了这一复杂过程。在本项目中,我们利用体外重构等方法系统研究了SM蛋白和Syt-7与SNARE蛋白作用调控胰岛素分泌的作用机制。我们发现3种SM蛋白通过识别各自特异的SNARE复合物来参与调控胰岛素双时相分泌的不同阶段,而Syt-7非特异性地识别SNARE蛋白参与调控胰岛素双时相分泌的整个过程。机制研究发现SM蛋白通过其SNARE类似肽与t-SNARE蛋白结合加快膜融合速率。SM蛋白能够克服α-SNAP对膜融合的抑制作用,保护反式SNARE复合物不被NSF和α-SNAP拆解但不影响顺式SNARE复合物的拆解。Syt-7与钙离子结合通过与带负电荷的脂质和SNARE复合物双重作用调控膜融合。我们的实验结果表明GLP-1对融合蛋白的磷酸化没有明显改变融合蛋白的活性。另外,我们还发现小分子化合物与SNARE蛋白作用可以调控反式SNARE复合物的组装进而调控胰岛素分泌颗粒融合。这些研究结果为从囊泡融合的角度理解胰岛素分泌缺陷的产生机制奠定了基础,也为发展以融合蛋白为靶治疗2型糖尿病提供了思路。
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