线粒体O-GlcNAc糖基化在衰老和卡路里限制过程中对线粒体代谢调控

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81471401
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H1901.衰老机制与调控
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Thousands of cytoplasmic and nuclear proteins are modified by a single O-linked β-N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) moiety at serine or threonine residues, termed O-GlcNAcylation. In mammals, two enzymes catalyze the addition and removal of O-GlcNAc, namely O-GlcNAc transferase (OGT) and O-GlcNAcase (OGA), respectively. UDP-GlcNAc, the donor substrate for O-GlcNAcylation, is derived from extracellular glucose through the hexosamine biosynthetic pathway. Because UDP-GlcNAc and protein O-GlcNAc levels in the cell fluctuate with the availability of glucose, free fatty acids, uridine and the amino acid glutamine, O-GlcNAc is proposed as a nutrient sensor and metabolic regulator. It regulates fundamental cellular processes, such as signal transduction, transcription, translation and protein degradation. O-GlcNAcylation is conserved throughout metazoans. Ablation of the ogt allele in Caenorhabditis elegans impairs metabolism and longevity. The ogt knockout results in loss of embryonic stem cell viability and mouse ontogeny. In humans, aberrant O-GlcNAc modification has been implicated in a wide range of age-associated diseases, including diabetes, cancer, cardiovascular and neurodegenerative diseases. Mitochondrial dysfunction is a hallmarker of aging. Recently accumulating evidences show that many mitochondrial proteins are also O-GlcNAcylated. But the effects of mitochondrial O-GlcNAcylation have been known very limited. In light of the emerging links between protein O-GlcNAcylation and age, our proposed study is to elucidate the functions and mechanisms of mitochondrial O-GlcNAc in the aging process. We will 1)to study mitochondrial O-GlcNAcylation in the key metabolic tissues of old mice, analyze the relationship between O-GlcNAcylation and mitochondrial respiratory function and mitochondrial metabolism, and identify the specific targets by MASS spectra; 2) to confirm the mitochondrial O-GlcNAcylation in the mouse hepatocytes model of OGT loss- and gain function, study the effects on mitochondrial bioenergetics and metabolism, and identify the sites of O-GlcNAcylation in the specific targets ; 3) to estabolish the caloric restriction model in liver-specific OGT knockout mice and liver-specific OGT trangenic mice, study whether the genetic manipulation of OGT modulates calorie restriction, analyze the effects on mitochondrial bioenergetics and metabolism. The accomplishment of these studies will define mitochondrial O-GlcNAcylation as a mediator of aging and caloric restriction, and calrify the regulation of O-GlcNAc in mitochondrial function and metabolism. It is improtant for exploring O-GlcNAc as a therapeutic target in age-related diseases. And it will provide critical insights into the molecular basis of aging and calorie restriction, and help identify new longevity pathway,CR-mitochondrial O-GlcNAcylation-antiaging pathway.
O-GlcNAct糖基化是一种细胞内广泛存在的、独特的蛋白翻译后修饰,作为营养敏感器调节信号转导、转录、翻译和蛋白质降解等细胞行为。O-GlcNAc转移酶和O-GlcNAc水解酶介导这种动态可逆性修饰。异常O-GlcNAc糖基化与衰老和衰老相关疾病密切相关。线粒体功能障碍是衰老的生物标识之一,近年发现线粒体也存在O-GlcNAc修饰,但功能尚不清。本项目拟深入研究线粒体蛋白O-GlcNAc糖基化对线粒体生物能量和线粒体代谢的调控,揭示其在衰老线粒体功能障碍中的作用,分析鉴定特异性线粒体靶分子。利用肝脏特异性OGT基因敲除小鼠和OGT转基因小鼠卡路里限制(CR)模型,深入分析CR抗衰老作用中线粒体O-GlcNAc糖基化的功能和机制,探讨营养和激素对线粒体O-GlcNAc的调节。这不仅为全面揭示CR抗衰老作用机制开辟新的思路,更阐明了一条新的CR-O-GlcNAc糖基化-线粒体-长寿调控通路。

结项摘要

O-GlcNAc糖基化是一种细胞内广泛存在的、O-GlcNAc转移酶和O-GlcNAc水解酶介导的动态可逆性修饰。这种独特的蛋白翻译后修饰作为营养敏感器,调节信号转导、转录、翻译和蛋白质降解等细胞行为。本项目旨在阐释异常O-GlcNAc糖基化与衰老和衰老相关疾病的关系。线粒体功能障碍是衰老的生物标识之一,线粒体也存在O-GlcNAc 修饰,但其在线粒体功能调节和衰老过程中的作用等功能尚不清。. 本项目首先深入分析了衰老组织中线粒体O-GlcNAc糖基化改变,发现在老年小鼠多种代谢组织中O-GlcNAc糖基化水平普遍增高,其中肝脏组织中线粒体O-GlcNAc糖基化水平明显上调,某些特异的蛋白质O-GlcNAc糖基化改变,导致肝脏线粒体呼吸功能降低。这些结果说明线粒体O-GlcNAc糖基化造成线粒体功能受损,参与衰老过程。其次我们鉴定出线粒体呼吸链上complex II的组成分子SDHA是O-GlcNAc糖基化的靶分子,糖基化可以抑制SDHA酶活性和complexII的电子链传递功能。此外尿素循环第一步限速酶CPS1也是O-GlcNAc糖基化特异性靶分子,其Ser537位点糖基化抑制了CPS1酶活性,影响了nitrogen代谢和血氨稳定。这些结果阐明线粒体内某些关键蛋白的O-GlcNAc糖基化,如SDHA和CPS1,调节了线粒体氧化呼吸功能和物质代谢,从而在衰老过程中发挥重要的作用。利用CR模型,我们分析了CR后线粒体O-GlcNAc糖基化信号的变化,结果发现CR能够有效降低线粒体O-GlcNAc糖基化水平,CR后SDHA糖基化减少,线粒体呼吸功能增强。代谢组学研究结果显示O-GlcNAc糖基化参与调节CR后线粒体内尿素循环和TCA循环。因此,本项目证实营养感受器O-GlcNAc信号与衰老密切相关,阐释了新的寿命调控通路CR-O-GlcNAc糖基化-线粒体-衰老通路,为开发O-GlcNAc成为延缓衰老的靶分子奠定了重要的理论基础。. 最后,本项目探讨了线粒体O-GlcNAc糖基化在肿瘤中的功能和分子机制,结果发现在结肠癌细胞中OGT通过上调线粒体代谢关键酶IDH2转录和O-GlcNAc糖基化增加IDH2蛋白稳定性,发挥促进肿瘤生长作用。该分子机制填补了线粒体O-GlcNAc糖基化在肿瘤研究领域的空白,更为开发新的抗肿瘤治疗策略提供新思路。

项目成果

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
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          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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