高尔基体结构蛋白GRASP55参与膜融合的功能鉴定和调控机制研究
批准号:
32070693
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张晓妍
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:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张晓妍
中文摘要
高尔基体是细胞蛋白质运输及修饰中心,它不仅在生理条件下高度动态,在接受外界刺激或病理条件下,其结构与功能都能做出应激反应,因此高尔基体还被视为信号中转站。GRASP55是维持高尔基体扁平囊膜堆叠结构以及保证蛋白质糖基化精确修饰的重要结构蛋白。我们的前期研究意外发现GRASP55能够通过其O-GlcNAc糖基化修饰水平感受外界刺激,改变与其他蛋白如自噬体蛋白LC3的结合能力来调控细胞自噬进程,显示GRASP55是高尔基体上接受外界信号的关键分子。因此,本项目将深入研究GRASP55在细胞自噬中与自噬成熟分子机器的相互作用及调控机制,并进一步系统性的研究GRASP55在接受外界刺激后参与其他细胞器膜融合的新的分子机制,积极探索高尔基体参与细胞内外环境变化引起的细胞器互作的动态调控机制。
英文摘要
The Golgi apparatus is a central intracellular membrane organelle with key functions in trafficking and processing of newly synthesized membrane and secretory proteins. The Golgi structure is dynamic but tightly regulated in physiological conditions, and its structure and function is often disrupted under certain stresses and pathological conditions. Therefore, the Golgi has been more recently recognized as a hub of signaling pathways. The Golgi ReAssembly Stacking Protein GRASP55 is best characterized for its roles in Golgi structure formation, including stacking and ribbon linking. Knockdown or knockout of GRASP55 impairs proper glycosylation of membrane and secretory proteins. More recently, our study discovered that GRASP55 regulate autophagy upon energy deprivation. Under growth condition, GRASP55 is O-GlcNAcylated and localizes on Golgi membranes for stacking. However, upon glucose starvation, GRASP55 is de-O-GlcNAcylated, which allows it to translocate to the interface between autophagosomes and lysosomes, where it interacts with LC3 and LAMP2 to facilitate autophagosome-lysosome fusion. Therefore, GRASP55 acts as an energy sensor on the Golgi and regulates autophagy. In this proposal, we plan to study the interaction and regulation between GRASP55 and molecular machineries involved in autophagosome maturation, aiming to investigate the novel mechanism of GRASP55 in membrane fusion. Furthermore, we will determine the role of GRASP55 in other membrane fusion process by unbiased and systematic analysis of GRASP55 interactome under stress conditions. We believe that our study will provide new information on how GRASP55 and the Golgi apparatus sense the energy level and regulate the dynamics of other membrane organelles in stress response.
高尔基体是细胞内负责蛋白质和脂质加工与运输的重要细胞器,由扁平膜囊堆叠而成。GRASP55作为其结构蛋白之一,通过形成反式寡聚体维持高尔基体的结构和功能。高尔基体在细胞应对外界压力时发挥重要作用,但其在葡萄糖饥饿等应激条件下的响应机制尚需进一步研究。我们的研究分为两部分内容。第一部分,在营养匮乏时,细胞通过激活自噬来维持稳态。我们通过葡萄糖饥饿诱导自噬,并探索GRASP55在自噬体成熟过程中的作用。研究表明,GRASP55定位于自噬体膜表面,对自噬体闭合至关重要。GRASP55与VPS4A结合,促进其在自噬体上的招募,并协助VPS4A和CHMP2A之间的互作,推动自噬体闭合。自噬体成熟涉及与溶酶体的膜融合,这一过程由Rab蛋白、栓系因子和SNARE复合物共同完成。研究发现,敲低GRASP55会影响RAB7A的激活和自噬体的定位。GRASP55调控UVRAG复合物,影响MON1A-CCZ1的招募和RAB7A的GEF活性,进而影响RAB7A的激活。此外,GRASP55与HOPS复合物在自噬体-溶酶体栓系中协同作用,尽管GRASP55的缺失不影响HOPS的组装,但会降低HOPS与RAB7A的互作,影响其结合。在自噬体-溶酶体膜融合中,SNARE复合物STX17-SNAP29-VAMP8和YKT6-SNAP29-STX7起关键作用。研究显示,GRASP55与SNARE蛋白共定位,并直接结合YKT6和VAMP8。GRASP55的缺失影响SNAP29和YKT6在膜上的定位,进而影响两组SNARE复合物的组装。因此,GRASP55在自噬体成熟中扮演多重角色,包括促进自噬体闭合和激活RAB7A-HOPS-SNARE膜融合机制。第二部分,紧扣申请书中的第三部分计划,我们发现葡萄糖饥饿后,GRASP55的缺失影响IL-1β的非常规分泌。进一步研究发现,GRASP55与EXOC复合物的亚基、Rab11a和SNAP23等与细胞质膜融合相关的蛋白有结合作用,提示在压力条件下GRASP55参与膜泡与细胞质膜的融合。综上所述,这些发现揭示了高尔基体结构蛋白在自噬以及非常规分泌中的功能,增进了对高尔基体与其他细胞器间交流的理解,并为研究细胞内外环境变化对细胞器互作的动态调控机制提供了新视角。
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