化学与细胞分子生物学交叉研究自噬相关的新探针和新机制

This project is focused on novel methods and mechanisms in autophagy through combining methods in chemistry and cell biology. Our aim includes two parts: First, we are developing novel probes monitoring autophagic flux in cells. These probes are based on transducing recombinant LC3 proteins fused with Wasabi fluorescent protein into cells by highly efficient protein transduction techniques, which were not applied in autophagy research previously. These probes will be efficient and can be applied to high-throughput assay. Secondly, we are trying to find novel mechanisms related to autophagy by using novel functional chemical compounds. For example, we found that a small molecule compound 331 induces autophagy and quiescence in cancer cells, and the expression of ALKBH5, an important RNA methylase, is affected by autophagy. Thus, autophagy may regulate mRNA methylation through ALKBH5. On the other hand, it is possible that ALKBH5 regulates autophagy through controlling the methylation in mRNA of autophagy genes.

本课题计划通过化学与细胞分子生物学交叉研究，开展自噬相关的两部分研究：一、发展新的细胞内自噬流检测探针：不同于已有的自噬流检测探针，新探针是基于蛋白质转染技术将融合表达LC3荧光蛋白直接转入细胞来检测自噬流的变化，该探针非常高效，有可能用于高通量筛选；二、利用筛选出的新小分子化合物，发现细胞自噬相关的新分子机制：RNA修饰与自噬之间相互调控的分子机制目前并不清楚。我们发现在新的小分子331在诱导HeLa细胞静止过程中会诱导自噬，在这个过程中RNA的去甲基化酶ALKBH5的表达变化会随自噬的变化而变化。因此，自噬有可能通过调节ALKBH5蛋白的表达量来调控mRNA的甲基化。另一方面，ALKBH5也有可能通过调节自噬相关基因的mRNA的甲基化来影响自噬。

自组装蛋白纳米粒子因其生物相容性和生物降解性而在生物医学中引起了广泛关注。蛋白质纳米粒子已被广泛用作各种癌症的诊断或治疗，最近有些科学家们发现利用三苯基膦和线粒体靶向肽偶联一些小分子能够对肿瘤细胞线粒体进行不可逆的干预能够克服肿瘤对药物的多重耐受性问题；然而，这些小分子的半衰期短、无法独立实现肿瘤靶向等问题，阻碍了这类药物在靶向性治疗上的应用。.目前，还没有报道称蛋白质纳米粒子可以特异性地靶向线粒体。基于此我们首次发现了一种名为[GST-MT-3]的新型自组装金属蛋白纳米颗粒，在体外能够在30分钟内实现线粒体靶向，在体内实验中发现能够在1小时内实现肿瘤富集。.纳米粒子螯合物[GST-MT-3(Co2+)]，通过降低线粒体膜电位并诱导活性氧（ROS）产生，从而起到一定的抗肿瘤活性。GST-MT-3(Co2+)通过共价偶联低剂量的紫杉醇能够协同抑制肿瘤并延长生存期。重要的是，紫杉醇的有效剂量比标准化疗中使用的剂量低50倍（0.2 vs 10 mg kg-1）。据作者所知，GST-MT-3是第一次报道的靶向线粒体的蛋白质纳米颗粒，它有可能成为诊疗一体的共用药物载药平台，为更好地治疗癌症奠定基础。