核仁蛋白质SENP3应答细胞氧化应激信号的机制

核仁长期以来被单纯地看作是核糖体生物合成的场所，但近年基于核仁蛋白组学研究，认为核仁是一个细胞应激的感受器（stress sensor），但对核仁蛋白质如何感知应激因素和转导应激信号所知甚少。我们最近对一个新的核仁蛋白即SUMO特异蛋白酶SENP3与氧化应激的关系有了重要发现，观察到轻度氧化应激造成SENP3蛋白含量的快速累积和核内定位改变，并对一系列核质内蛋白质实施去除SUMO2/3，从而调控这些底物的功能，介导特异的信号转导和细胞行为。我们还发现SENP3在肿瘤中表达升高。因此本项目拟从解析SENP3分子上相关结构域和位点以及验证可能的调控分子入手，探索SENP3在氧化应激条件下发生累积和定位改变的分子机制，并调查SENP3底物在氧化应激条件下SUMO状态改变的相应信号转导和细胞行为，重点聚焦对细胞增殖的影响，为阐明核仁蛋白应答细胞应激信号的机理作出贡献

氧化应激是细胞最常见的稳态失衡，细胞应答非致死程度的氧化应激往往通过调控细胞信号转导和基因表达达到适应和新的平衡，该过程的异常与肿瘤、代谢和心血管多种疾病有关。细胞应答氧化应激的反应是由大分子特别是蛋白质介导的，因此，认识蛋白质是如何感受氧化应激并介导对其的应答是细胞生物学和医学的重要问题。本项目以一个核仁蛋白分子SUMO蛋白酶SENP3为例，试图回答蛋白质感受氧化应激并介导下游信号事件的分子机制。我们的研究鉴定了SENP3分子中的泛素联结结构域和氧化还原感应结构域，也鉴定了氧化还原感应结构域中关键的半胱氨酸残基，并在此基础上，分别解析了在静息状态和氧化应激状态下SENP3与泛素连接酶CHIP和伴侣蛋白Hsp90三者相互作用的关系。这些结果为阐明蛋白质的氧化还原感应（redox sensing）提供了很好的范例，也为CHIP-Hsp90这一著名的蛋白质质量控制系统提示了新的功能-是应激相关蛋白的含量控制系统。与此同时，我们的研究探寻了在氧化应激状态下SENP3的作用底物，主要证明了PML是这样的底物， 说明了SENP3对它de-SUMO修饰的调控造成它不能在核体中装配，从而阻碍其发挥对细胞增殖负性调控的功能，由此解释了轻度氧化应激促进细胞增殖的机制之一。我们进一步的底物筛查还发现调控上皮间质转换（EMT）的FoxC2以及Sp1、P53等肿瘤相关转录因子。我们首次证明SENP3在人类肿瘤中过度累积，与肿瘤进展有关。本项目的科学发现阐释了核仁蛋白感应细胞氧化应激和介导一系列核蛋白功能改变的机制，已在重要杂志发表了论文4篇，特邀综述1篇，杂志包括EMBO J、J Biol Chem、Antioxid Redox Signaling，影响因子30，论文被引47次，课题负责人被邀请在国际专题会议作报告，并获得国家自然科学基金重点项目，在该方向深入。项目执行过程中培养研究生8名，研究生获得中国细胞生物学会青年论文一等奖。