内质网相关细胞器互作在细胞应激反应中的机制与功能研究

Interorganellar contacts are direct interactions between organelle membranes bridged by protein-protein or protein-lipid bindings. It is one of the newly identified pathways for intracellular signaling and trafficking in eukaryotic cells. Endoplasmic reticulum (ER), the first stop and key component of endomembrane system, plays an important role in interorganellar contacts due to its wide distribution and characteristic reticular pattern. Recently, several types of interorganellar contacts have been captured. Membrane shaping and remodeling appears to be critical for contact. However, the underlining molecular basis and physiological function of these contacts are not clear. Our recent work elucidates the formation of the tubular ER network. In an effort of identifying proteins enriched in the network, we were able to find new molecules that mediate contact between the ER and other organelles. These proteins do not necessarily maintain membrane tethering, but often take advantage of existing contact sites to function. Furthermore, they are usually linked to cellular stress signaling. In this project, we aim to investigate ER-involved interorganellar contact, including ER-mitochondria and ER-plasma membrane contacts. We will combine in vitro reconstitution and in vivo models to dissect contact-based lipid transfer and signal transduction and their functions in regulating stress-induced cell fate determination. These findings will provide important insight into the physiological functions of interorganellar contact.

细胞器互作是细胞内部膜之间基于蛋白-蛋白和蛋白-脂质相互作用的直接接触，是近期发现的真核细胞内部的新型膜行为。内膜系统关键细胞器内质网，尤其是在细胞周边富集的管状内质网网络，由于其分布广面积大的特性而成为细胞器互作的核心参与者。近年来，一些细胞器互作的方式陆续被观察到，且膜的形态与动态在互作中起关键作用，然而很多互作的分子基础和生理功能还不清楚。我们前期阐明了内质网管状网络发生机制，并在其组分分析中发现了一系列有共性的细胞器互作蛋白，这些分子虽然不是膜拴连的结构基础，却能借助膜接触位点发挥重要功能，主要与细胞应激反应密切相关。本项目中，我们计划围绕内质网所参与的细胞器互作的应激功能展开研究，探索内质网与线粒体或质膜间的互作新机制，结合体外重组和体内实验揭示基于互作的脂质转移和信号转导，并进一步剖析这些互作在细胞应激反应引发的命运决定中的功能，为阐明细胞器互作的生理病理功能提供新的线索。

内质网是真核细胞内最大的膜性细胞器，在细胞器互作网络中具有重要作用。本项目紧紧围绕内质网相关细胞器互作的分子机制和生理功能开展研究，取得了一系列重要成果。我们首先阐明了发动蛋白家族成员Mgm1/OPA1介导线粒体内膜融合的分子机制，以及Climp63调控片状内质网塑性的机制，为研究内质网-线粒体互作打下了基础。随后，我们揭示了脂滴从内质网新生的作用机制，发现了内质网膜蛋白FIT2通过与管状曲度稳定蛋白和分隔丝骨架互作协助新生脂滴的出芽。我们还发现ATL通过介导管状结构之间的栓连来维持内质网内蛋白的流动性，以促进COPII囊泡介导的内质网-高尔基体蛋白转运。进一步，我们发现内质网钙库感应蛋白STIM1会先后结合质膜上Orai N末端和C末端，介导内质网-质膜互作及SOCE的激活。此外，我们也深入研究了内质网-线粒体互作在细胞应激反应中的生理作用，发现内质网膜蛋白HT008和NTMC2T4分别响应细胞应激反应，介导内质网-线粒体互作和脂质转运。我们与合作者共同开发的细胞器互作分析工具DeepContact可对膜接触位点的高通量分析。本项目揭示了一系列内质网关联的细胞器互作的新机制和新功能，为细胞器互作网络图谱的绘制打下了坚实的基础。