内质网应激蛋白Xbp1在果蝇饥饿过程中的功能及其作用机制研究-细胞生物学专业毕业论文

Conclusion：

reticulum stress is involved in the I．The activation of of response process endoplasmic stress fat mobilization the reticulum dXBP starvation，and during endoplasmic protein the survival time of 1 s in the f．at body increases Drosophila by Drosophila reducing the excessive consumption of fat under starvation condition

2．The endoplasmic reticulum stress protein dXBPl in the Drosophila fat body the fat mobilization of larvae the regulates Drosophila by controlling degradation of has the effect on the dFOXO and of larvae protein development 3．The mechanism of the negative regulation of dFOXO protein by the endoplasmic reticulum stress protein dXBP 1 in Drosophila fat body is to promote the degradation of dFOXO protein under starvation condition，and the degradation process is proteasome-dependent instead of insulin-pathway dependent．More

mechanisms remain to be further specific explored

words：ER Key stress；XBP 1；Drosophila；starvation；FOXO

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符号说明

ER UPR IREl ATF6 PERK XBPl 1 Bip VLDL MAPK UAS FOX0 I氓 IRS ATGL Bmm HSL 4ebp FAS DAG MAG HSP CHX 10

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Endoplasmic reticulum 内质网

Unfolded Protein Response 未折叠蛋白质反应 Inositol Requiring Enzyme 1 肌醇必需酶1 Activating Transcription Factor 6 转录激活因子6 PKR-like endoplasmic reticulum ldnase 蛋白激酶样内质网激酶 X—box binding protein 1 X框结合蛋白immunoglobulin heavy chain binding protein 重链结合蛋白 very low density lipoprotein 极低密度脂蛋白 Mitogen—Activated protein kinase 丝裂原激活蛋白激酶 Upstream activating sequence 上游激活序列 Forkhead—box O protein 叉头框0型蛋白 Insulin Receptor 胰岛素受体 Insulin Receptor Substrate 胰岛素受体底物 Adipose Triglyceride Lipase 脂肪甘油三酯水解酶 Brummer lipase 布鲁默脂肪酶 Hormone—Sensitive Lipase 激素敏感脂肪酶 4E-binding protein 4E因子结合蛋白 Fatty acid synthase 脂肪酸合酶 Diacylglycerol 二酰基甘油 Monoacylglycerol 单酰基甘油 Heat Shock Protein 热休克蛋白 Cycloheximide 放线菌酮

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前言

内质网(endoplasmic reticulum，ER)存在于真核细胞内，是细胞内分泌和跨膜 蛋白的合成、修饰加工及转运必须的细胞器。在特殊的环境条件下，当内质网腔 内的未折叠或错误折叠蛋白超过内质网的负荷时，细胞就会发生内质网应激(ER stress)。内质网应激一旦发生，内质网膜上的感受分子将启动一系列被称为未折 叠蛋白质反应(UPR，Unfolded Protein Response)的信号通路来帮助内质网增强 蛋白质处理能力或降低目的蛋白的合成以缓解压力1。真核细胞中主要有三条 UPR信号通路，分别由肌醇必需酶l(IREl)、激活转录因子6(ATF6)和蛋白

激酶样内质网激酶(PEIⅨ)这三种内质网跨膜蛋白介导。其中IREl所介导的 通路，尤其是通过其下游的X．Box结合蛋白1(XBPl)所介导的信号通路是最 早被发现也是最保守的一条2，3。

IREl的氨基端是内质网腔内结构域而羧基端处于胞浆中并包含激酶结构域 和核酸内切酶结构域4～。当未折叠或错误折叠的蛋白质积累时，IREl会与在正 常生理状态下处于结合状态的免疫球蛋白重链结合蛋白(Bip)分离，通过形成 二聚体或多聚体而激活L 6。由于在羧基端具有核酸内切酶结构域，当IREl被激 活时，它具有核酸内切酶活性并剪切X．Box结合蛋白1(XBPl)mRNA，剪切 后的XBPl(XBPls)表达产物是促进缓解内质网应激基因转录的转录因子7。

许多研究结果表明，IREl下游的XBPls对糖脂代谢十分重要。LINCH，有报 道称，在饥饿重喂食模型中IREl．XBPl信号途径被激活而在小鼠肝脏中过表达 XBPl会导致一系列代谢反应8，肝脏中IREl一XBPI途径还在极低密度脂蛋白 (VLDL)的组装和维持肝脏脂稳态中起重要作用9。最新的研究表明，在小鼠 肝脏中p38丝裂原激活的蛋白激酶(p38 MAPK)能够通过影响Xbpls的48位 苏氨酸和61位丝氨酸的磷酸化调控糖代谢10而Xbpls本身也可以通过与FOXOI 蛋白相互作用，导致其被蛋白酶体降解，从而影响小鼠葡萄糖稳态的调控¨，这 表明XBPls除了作为IREl的下游转录因子参与调控代谢反应以外还有其他的一 些功能。

我们之前的一些工作表明，饥饿条件下，小鼠肝脏中的IREI—XBPl信号途 径能够被激活，并通过影响过氧化物酶体增殖激活受体0【(PPARa)调控饥饿引 起的代谢适应反应12。但IREl．XBPl信号途径具体的饥饿调节功能尚不清楚。

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生物应对营养缺乏的能力主要由营养储备的水平和代谢适应性(metabolic flexibility)决定。饥饿的情况下，合理地进行能量应用的转换十分的重要。饥饿 反应所处的阶段不同，能量代谢的途径也不同。在饥饿的最初阶段，机体所需能 量

主要依赖于储存的碳水化合物，此时，糖原分解以及糖异生是主要的能量代谢 途 径。当饥饿持续下去，碳水化合物储备耗尽的时候，机体主要的能量转而来自 于消 耗脂肪和蛋白质，脂肪酸氧化和氨基酸的降解成为了主要的能量代谢途径13。 通常 情况下，当机体处于饥饿状态的时候，总能量消耗会有所下降，然而相关研 究证 明，在饥饿的最初阶段能量消耗会由于糖异生、脂肪酸分解以及生酮作用消 耗能量 而有所上升14,1 5。综合以上的研究结果，内质网应激蛋白XBPl在饥饿应 答和调 控饥饿条件下脂肪动员方面的作用及其机制有待探索。

近年来，果蝇模型被广泛的用于饥饿状态下机体能量代谢适应性的研究16,17。 果 蝇作为实验动物有繁殖周期短，繁殖数量大，性状易于观察等优点。在基因技 术方 面，来源于酵母的Gal4．UAS系统在果蝇中的运用己经十分成熟，只需将目 的基因 插入到上游激活序列(UAs)的下游，再通过将其所在系与转录激活因子 Gal4所在 的转基因系杂交，就可以获得所需要的转基冈果蝇。在代谢的研究方 面，许多研 究表明，糖、脂代谢调控机制在果蝇体内都是保守的，其体内糖、脂 代谢过程中的 一些关键分子，诸如胰岛素受体及其受体蛋白(dlnR，dIRS)、蛋 白激酶 (dAkt)、叉头框0型蛋白(dFoxO)等均与哺乳动物十分相似18_9。另 一方面，果 蝇的能量代谢系统与哺乳动物十分相似，其体内的脂肪体、绛色细胞 所执行的功能 均与哺乳动物的肝脏类似20’21。

同时，IREl以及XBPl等分子的研究在果蝇模型巾的也有许多进展。比如， 有 相关研究报道，UPR反应的三个反应元件(IREl，ATF6，PERK)以及XBPl 在果蝇模 型中同样存在并且具有高度的保守性22。在体外，发生内质网应辙的果 蝇S2细胞 中，IREl．XBPl信号途径对于UPR反应是至关重要的23。在哺乳动物 体内，内质 网应激在代谢性的组织及器官主要发生，而脂肪体是果蝇的物质代谢 和能量储存 中心，可以将果蝇机体内过剩的能量转化为糖原或甘油三酯。脂肪体 在果蝇发育 的各个时期以及果蝇幼虫、成虫的整个机体都广泛存在24。另外，脂 肪体也是果 蝇幼虫发育过程中的重要器官，有研究称，在果蝇发育过程rfl的三龄 幼虫阶 段，IREl一XBPl信号途经被激活，而且在果蝇发育过程中的多个器官和

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组织能够检测到IREl．XBPl信号途径的活性25，也有研究者认为IREl影响果蝇 某些器官或组织发育并不通过XBPl通路26。所以，IREl及其下游的XBPl极 有可能参与了果蝇脂肪体中代谢或发育相关功能的调控，但其具体机制并不完全 清楚。

由于果蝇的脂肪体在功能上与哺乳动物的肝脏十分相似，我们将会通过在果 蝇模型中的相关实验对Xbpl在饥饿应答以及调控饥饿条件下脂肪动员方面的影 响及其机制进行探究。

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