内质网相关蛋白降解途径调控GPI生物合成的机制研究

Glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchored modification is one of the most important post-modification of proteins, which plays a critical role in embryogenesis, neurogenesis, immunity and fertilization. Abnormality of human GPI-anchored proteins biosynthesis will cause many diseases. GPI-anchored proteins are synthesised in Endoplasmic Reticulum (ER) and regulated by many factors. Previous research has been revealed that Endoplasmic-Reticulum-associated protein degradation (ERAD) affected GPI biosynthesis. However, the mechanism is unknown due to the limitation of detection. Recently, new study found non-protein linked glycosylphosphatidylinositol named free GPI on the cell surface, which can detect the change of GPI biosynthesis. In this study, we plan to construct the free GPI expressed cells. Basing on this cell line, we will use the Genome-wide CRISPR knocking-out library to identify the proteins regulated by ERAD and give an insight into the regulatory mechanism of GPI biosynthesis. Our study will further understand the physiological function of free GPI and provide a potential alternative way for treatment of disease caused by abnormal GPI biosynthesis.

糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定化修饰是真核生物蛋白质翻译后修饰的重要方式之一，在细胞发育，神经分化，免疫和受精等过程中发挥重要作用。人体GPI锚定蛋白的合成异常与很多疾病有关。GPI锚定蛋白在内质网中合成，其合成过程受到很多调控。申请人前期研究发现，内质网相关蛋白降解（ERAD）途径与GPI的合成调控有关。由于缺乏合适的检测手段，ERAD调控GPI合成的分子机制不明。近期有研究报道位于细胞膜表面未连接蛋白质的自由GPI可以用来检测GPI合成过程的变化。为此，本课题拟通过构建表达自由GPI的细胞，利用基因组大规模CRISPR敲除文库筛选鉴定GPI合成过程中受ERAD调节的蛋白，通过对目的蛋白的研究阐明ERAD调控GPI合成的生物学机制。通过本研究可以进一步了解自由GPI的生理功能，同时有望为GPI合成调控异常相关疾病的治疗提供新的线索。

GPI锚定化修饰作为真核细胞保守的翻译后修饰方式之一，发挥重要的生理功能。人体中，GPI锚定蛋白的异常表达与激活往往与癌症和神经退行性疾病相关。在本项目中，我们主要关注GPI锚定蛋白生物合成调控的分子机制，通过遗传学手段鉴定和分析内质网相关降解（ERAD）途径缺陷情况下参与上调GPI合成的基因。研究发现广泛表达的GPI锚定蛋白CD55前体和ER驻留蛋白ARV1参与ERAD缺陷条件下GPI生物合成的上调(Liu YS et al., (2023) J. Cell Biol. https://doi.org/10.1083/jcb.202208159)。除此之外，我们探索了GPI转酰胺酶复合物的纯化条件及晶体结构，并对GPI转酰胺酶复合物亚基关键氨基酸进行了分析 (Liu SS et al. (2021) Molecules)。此外，利用GPI锚定蛋白合成特点，我们还开发GPI锚定蛋白与硒代半胱氨酸（GPS）重组蛋白表达系统，用于筛选高产重组蛋白的细胞（Liu et al. (2021) J. Biosci. Bioeng.）。该项目期间（2020.01-2022.12），我们共发表了4篇与该项目有关的论文，其中一篇发表在Journal of cell biology。同时辅助培养了1个博士生和2个硕士生。