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G蛋白偶联受体(GPCRs)是一类具有七次跨膜结构的细胞表面受体,它们介导了许多细胞外信号向胞内传导,例如光、气味、激素、局部介质和神经递质等信号的传递。GPCRs介导了体内80%以上的生理事件,目前药物研发中50-60%的目标蛋白是GPCRs。GPCRs在翻译后通常会被糖基化修饰,其中N-糖基化修饰是最主要的一种修饰形式。修饰的寡糖链在GPCRs成熟过程中还将经历一个非常复杂的修剪过程。对于大多数GPCRs来说,其寡糖链修剪的分子机制和生物学意义目前还不清楚。果蝇的视质红质(Rhodopsin)是经典的GPCR。本论文以果蝇的Rhodopsin1(Rh1)为模型,研究了Rh1寡糖链修剪的过程和分子机制,解析了Rh1寡糖链修剪的生物学意义。
论文首先利用免疫组化和密度梯度离心的方式详细描述了Rhodopsin寡糖链修剪的过程。结果显示翻译后的Rh1先在内质网中被N-糖基化修饰,随后其寡糖链在内质网中被初步修剪,接着被转运到高尔基体内被进一步修剪,最后Rh1被定位到感光细胞的Rhabdomere上发挥功能。
我们发现果蝇金属磷酸酯酶(dmppe)突变体的Rh1寡糖链的修剪过程存在明显缺陷,该缺陷可以被感光细胞中特异表达dMPPE所恢复。这些结果说明dMPPE介导了Rh1寡糖链的修剪过程。我们接着阐明了dMPPE主要定位于感光细胞的Golgi中,并且与未成熟的Rh1共定位。通过在体和离体的生化和遗传学实验,我们揭示了dMPPE具有Mn2+/Zn2+依赖的磷酸酯酶活性,并且该酶活性是Rh1寡糖链的修剪所必需的。利用质谱分析方法和遗传学方法,我们发现了dMPPE是可以直接介导α-Man-Ⅱ的脱磷酸化从而调节α-Man-Ⅱ的糖苷酶活性;而α-Man-Ⅱ突变体具有与dmppe突变体一样的Rh1寡糖链修剪的缺陷表型,并且体外重组表达的α-Man-Ⅱ可以直接对Rh1寡糖链的进行修剪。这些研究结果充分说明dMPPE是通过直接介导α-Man-Ⅱ的脱磷酸化调节α-Man-Ⅱ的糖苷酶活性,从而介导Rh1寡糖链的修剪。
在此基础上,论文明确剖析了寡糖链修剪对于Rh1功能的影响。利用电生理学、免疫组化和生化相结合的方法,我们研究发现寡糖链修剪的缺陷并不影响Rh1的正常定位和生理功能;但会影响Rh1向rhabdomere的转运速度,并且使得内吞后的Rh1稳定性降低,致使Rh1被迅速降解导致视网膜退变。
最后我们通过遗传学和生化方法筛选了其他参与Rh1寡糖链修剪过程的分子。结果结果显示α-Man-Ⅱ b也参与了Rh1的寡糖链修剪过程,并且作用于α-Man-Ⅱ的下游。
这一系列研究对阐明膜蛋白寡糖链修剪的过程、分子机制及其生物学意义具有重要的价值;对于针对GPCR的药物开发具有潜在的参考和借鉴价值。