《MICU1調控線粒體鈣離子攝取的分子機理》是依託南開大學，由沈月全擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：MICU1調控線粒體鈣離子攝取的分子機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：沈月全
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
線粒體鈣離子攝取在細胞的生命活動中發揮著極其重要的作用。通過長達半個多世紀的研究，負責線粒體鈣離子攝取的蛋白質分子才被鑑定出來:線粒體鈣離子單向運輸體（MCU）主要負責鈣離子運輸和線粒體鈣離子感受器(MICU1)主要負責感受鈣離子。然而，MICU1如何感受線粒體內鈣離子濃度變化，進而調控MCU的功能的分子機制還不是很清楚。申請人擬運用生物化學、細胞生物學和分子影像技術來研究線粒體MICU1結合鈣前後的構象變化，MICU1和MCU之間的相互作用以及MICU1調控MCU通道的電生理信號，最終闡明MICU1調節鈣離子運輸進入線粒體基質的分子機制。本項目的研究結果對理解線粒體鈣離子攝取的進程將會產生重要的影響，也為進一步設計並篩選小分子抑制劑調節線粒體鈣離子攝取提供分子基礎，以及為心臟疾病和神經退行性疾病的治療提供理論指導意義。
結題摘要
線粒體鈣離子攝取在細胞的生命活動中發揮著極其重要的作用。線粒體鈣離子感受器(MICU1)主要負責感受細胞胞漿內鈣離子濃度的變化，調控線粒體鈣離子單向運輸體（MCU）的功能進行線粒體鈣離子攝取。本項目主要研究線粒體MICU1結合鈣前後的構象變化，MICU1和MCU之間的相互作用以及MICU1調控MCU通道的分子機制。在本項目的支持下，我們總共發表了14篇SCI論文。其中通訊作者13篇，包括在Nature Communications, EMBO J, PNAS這些著名的國際期刊上各發表一篇。在CMLS雜誌上發表受邀請的綜述文章一篇。根據研究計畫，我們首先利用x-射線技術測定了MICU1結合鈣離子和不結合鈣離子的三維結構，衍射解析度分別為2.7埃和3.2埃。結構表明，MICU1每個分子可以結合兩個鈣離子。通過兩個結構的比較，我們發現鈣離子的結合引起了非常明顯的構象變化，還引起整個聚合狀態的改變。接下來，我們還發現MICU1分子的C-末端螺旋誘導MICU1在無鈣的時候形成六聚體。通過免疫共沉澱方法，我們發現這個C-末端螺旋可以在有鈣和無鈣條件下，與鈣離子通道MCU相互結合。MICU1在缺失這個C-螺旋後，活性消失。我們還利用siRNA方法敲除本底的MICU1，然後進行了野生型MICU1和突變缺陷的MICU1互補實驗，並根據線粒體螢光實驗測定不同MICU1狀態下，線粒體攝取鈣離子的能力。最後，我們建立了293細胞真核膜蛋白表達系統，利用人工脂膜電生理技術研究了鈣離子通過MCU運輸進入線粒體基質的過程。我們發現，低等動物的MCU是自激活狀態，在人工脂膜的環境下可以通透鈣離子。但是高等動物的MCU處於抑制狀態，需要另外一個亞基EMRE來激活MCU才能通透鈣離子。綜上所述，我們證明了MICU1位於線粒體內外膜間質內，並且感受胞內鈣離子濃度變化而進行信號傳導。更為重要的是MICU1在低鈣濃度下抑制鈣離子通道，在高鈣濃度下激活鈣離子通道。這些研究結果為理解線粒體鈣離子運輸機器的分子機理奠定了極其重要的意義，也為進一步設計並篩選小分子抑制劑調節線粒體鈣離子攝取提供分子基礎，以及為心臟疾病和神經退行性疾病的治療提供理論指導意義。
