AP-3在胰岛素囊泡生成和成熟过程中的分子机制研究

Insulin is a key regulator to maintain glucose homeostasis. Insulin deficiency and insulin resistance are considered as major risk factors in the etiology of type 2 diabetes mellitus. More than 99% of the insulin is secreted from the pancreatic β cells via a regulated secretory pathway. In the secretory pathways, cargo proteins destined for transporting to distinct locations are collectively assembled into vesicles and delivered to their target sites by vesicular trafficking. The AP (adaptor protein) complexes play a critical role in this process. Our preliminary research data demonstrated that AP-3 was involved in the maturation of insulin secretory granule in pancreatic β cells. In this project, we will employ a series of cutting-edge techniques to conduct a thorough research on the functions and molecular mechanisms of AP-3 in the biogenesis and maturation of insulin granule in pancreatic β cells. We will uncover the precise localization of AP-3 in pancreatic β cells, determine the structure of AP-3 complex, and clarify the molecular mechanisms of AP-3 involved in the membrane remodeling and protein sorting in insulin granule biogenesis and maturation process. So this project will reveal novel functions and molecular mechanisms of a key protein complex involved in a crucial biological process. It will uncover novel roles of AP-3 in insulin granule exocytosis and biphasic insulin release, thereby providing new molecular basis and extending new aspect of the etiology of type 2 diabetes mellitus. Thus, this project has enough novelty and important scientific significance.

胰岛素是机体血糖平衡的重要调控因子，如果胰岛素分泌不足或者发生胰岛素抵抗会引起糖尿病。胰岛素是通过调节型分泌途径从胰岛β细胞中分泌的，此过程是一个受精确调控的胰岛素囊泡分泌的过程。AP蛋白复合体是囊泡转运和蛋白分选过程中的一种重要的调控因子。我们前期的研究发现AP-3可能参与胰岛素囊泡的成熟过程，本项目中我们将利用多种先进的技术方法，从多种角度深入研究AP-3在胰岛β细胞的胰岛素囊泡生成和成熟过程中的功能和分子机制，旨在揭示AP-3在胰岛β细胞中的精确定位，解析AP-3蛋白复合体的结构，阐明AP-3在胰岛素囊泡生成和成熟过程的膜重塑和蛋白分选中的作用机制。因此，本项目是研究一个关键的蛋白分子在一个重要的生物学过程中的作用机制，具有很强的创新性和重要的科学意义。研究结果将揭示AP-3蛋白复合体在胰岛素囊泡分泌和胰岛素释放中扮演的角色，为糖尿病发生发展的分子机制提供新的理论基础和研究方向。

胰岛β细胞中胰岛素囊泡的转运和分泌过程决定胰岛素的分泌，从而调控机体的血糖平衡，若此过程发生紊乱会引起糖尿病等疾病，但是胰岛素囊泡转运的调控机制以及其中涉及到的大量调控因子目前还不是十分清楚。AP蛋白是囊泡转运过程中的一类重要的调控因子，在囊泡生成和蛋白分选中发挥重要作用。AP3是发现较晚的一种AP蛋白，目前对其在胰岛素囊泡转运和分泌中的功能和作用机制知之甚少。.本项目揭示了AP3在胰岛β细胞内定位于反面高尔基体和未成熟胰岛素囊泡，解析了AP3核心结构域和δ亚基ear结构域的结构，阐明了AP3参与调控胰岛素囊泡生成和成熟过程中的膜重塑和蛋白分选机制，发展了一种新型双色胰岛素囊泡标记探针。另外，我们也在AP3调控的胰岛素囊泡转运和分泌中的多个环节有新的发现，发展了胰岛素囊泡研究的新技术方法：我们发现VAMP4是胰岛β细胞内调控胰岛素数量和质量的新因子；用蛋白质相关性分析方法解析了胰岛素囊泡的蛋白质组；发现hTAC通过clathrin依赖和非依赖两种内吞途径进入细胞；揭示了I-BAR蛋白IRSp53通过影响膜动态重塑调控内吞的新机制；揭示了脂质分子调控clathrin内吞囊泡解聚的新机制；揭示了线虫中AIM神经元通过TYRA-2受体调控进食抑制行为。.本项目资助的研究成果相继发表在Nature，Journal of Cell Biology，Science Advances，Protein Cell，Science Bulletin，Biophysics Reports等国际知名杂志，另有一篇论文正在Journal of Cell Biology杂志回修中，共发表论文11篇，其中影响因子大于10的文章7篇。申请发明专利2项。培养博士生6人，博士后2人，青年科技人才2人。项目负责人和成员，在项目执行期间开展了广泛和富有成效的国际、国内学术合作与交流。

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