转铁蛋白 Tsfs 在果蝇铁代谢中的调控作用及机制研究

Transferrin is the transporter responsible for iron delivery in mammalian, it is the main way for tissues and systemically iron absorption. There are three homologs in drosophila, Tsf1 Tsf2 and Tsf3, but their function in iron metabolism remains unclear. In order to identify their function, we performed some experiments. The results indicated that Tsf1 and Tsf2 are required for development. Systemic Tsf1 knockdown led to reduced eclosion rate and shorten lifespan, systemic Tsf2 knockdown resulted in embryonic lethality and systemic Tsf3 knockdown had no obvious abnormalities. Tsf1 RNAi was more sensitive to iron defeciency and Tsf1 OE was more sensitive to iron overload, iron loaded in ferritin was induced in Tsf1 RNAi and reduced in Tsf1 OE, indicating that Tsf1 is participate in iron metabolism. We propose to achieve the functional identification of drosophila transferrin from molecular level to systemical level . The results are expetected to fill the knowledge gap in iron metabolism of drosophila, provide a reference for iron study in mammals including humans and lay the foundation for future research on the relationship between iron metabolism and disease.

转铁蛋白（transferrin,Tsf）是哺乳动物执行铁摄取和转运的重要蛋白，果蝇中存在三个Tsfs同源基因Tsf1、Tsf2和Tsf3，但它们在铁吸收及平衡维持中功能尚不清楚。我们的初步实验表明，Tsf1和Tsf2对果蝇生长发育是必需的。金属敏感性分析显示，Tsf1在果蝇体内铁代谢中具有重要作用。进一步分析发现，Tsf1极有可能参与果蝇肠铁吸收过程。本项目拟在前期工作基础上系统研究Tsfs功能，阐明其参与铁代谢的分子机制，寻找上游供体和下游受体；探究不同组织合成的Tsfs功能；通过探究Tsfs与已鉴定铁吸收过程发挥重要功能的ferritin、dZIP13的关系阐明果蝇肠铁吸收机制；鉴定果蝇储铁器官及储铁机制。期望本项目的实施能阐明果蝇Tsfs功能，揭示机体系统水平的铁吸收和存储机制，大大推进果蝇铁代谢发展，为铁代谢及与疾病之间的关系的研究提供理论基础和技术途径。

转铁蛋白（transferrin,Tsf）是哺乳动物执行铁摄取和转运的重要蛋白，果蝇中存在三个Tsfs同源基因Tsf1、Tsf2和Tsf3，但它们在铁吸收及平衡维持中功能尚不清楚。在本项目资助下，我们鉴定了黑腹果蝇的转铁蛋白1（Transferrin1，Tsf1）的功能，发现脂肪体产生的 Tsf1 能够在组织间传送铁，负责将肠子内的铁运输到脂肪体，这说明果蝇Tsf1功能保守；在此基础上深入研究发现，Tsf1 在肠子中能够与铁蛋白Ferritin竞争铁，ZIP13和ferritin介导的分泌途径运输铁和Tsf1运输铁这两条途径间存在竞争作用，表现出此强彼弱的现象。进一步研究发现，Tsf1将铁离子从肠道运输到脂肪体后，通过直接传递方式给Ferritin储存起来，所以脂肪体内的Ferritin具有铁解毒的作用，在维持脂肪体铁稳态中非常关键。基于鉴定了Tsf1在铁代谢中的功能基础上，接下来通过遗传学方法发现Tsf1 基因沉默(Tsf1 RNA inteferance, Tsf1 RNAi) 或者ZIP13过表达能显著缓解致病基因 PINK1 缺陷所致遗传性帕金森病模型的疾病进程，而且这种挽救独立于传统的线粒体自噬路径，通过提高线粒体铁水平，增加 ATP产生来挽救 PINK1 缺陷；此外，脑中特异性的Tsf1 RNAi能够通过降低ROS显著缓解鱼藤酮所致散发性帕金森病一系列表型。此外，我们发现，铅暴露在肠内引起的ROS会影响肠内铁转运蛋白ZIP13、Ferritin和malvolio（哺乳动物DMT1同源物）的表达，影响肠顶侧膜的铁吸收过程，导致机体铁缺乏。以上系列工作鉴定了昆虫Tsf1的功能，首次发现两条铁吸收途径间存在竞争关系，为未来研究铁代谢进化和完善对哺乳动物铁代谢的认识提供了重要线索；发现了Tsf1在PD发生发展过程中的作用，为帕金森病的防治提供了新思路及新靶点；解析了铅中毒的一个重要缺陷是缺铁引起的发育障碍，并阐明了分子机制，为铅中毒防治提供新策略。