Spire1蛋白在胰腺β细胞胰岛素分泌中的作用机制研究

Insulin is a key regulator to maintain glucose homeostasis. Insulin deficiency or insulin resistance is considered to be the causal factors in the etiology of type 2 diabetes mellitus. More than 99% of the insulin is secreted from the pancreatic β cells via a regulated secretory pathway. Actin nucleation and filament polymerization participate in the insulin secretion process. Spire1 is a recently identified nucleator which is required for patterning during both oogenesis and embryogenesis. However, the functions of Spire1 in other biological processes are largely unknown. In this study, we will employ the conditional knockout of Spire1 in pancreatic β cells mice to systematically investigate the molecular mechanisms of Spire1 in insulin secretion. We aim to clarify: 1) the physiological functions of Spire1 in biphasic insulin release; 2) the molecular mechanisms of Spire1 in insulin-granule exocytosis; 3) the relationship of actin organization and intracellular insulin-granule transport. This is a study to explore the novel functions and molecular mechanisms of a newly identified protein in an important biological process. It will uncover novel roles of Spire1 in insulin-granule exocytosis and biphasic insulin release, thereby providing new molecular basis and extending new aspect of the etiology of type 2 diabetes mellitus. Hence, this project has enough novelty and important scientific significance.

胰岛素是机体血糖平衡的重要调控因子，若胰岛素分泌不足或发生胰岛素抵抗会引起糖尿病。胰岛素是通过调节性分泌途径从胰腺β细胞中分泌的，此过程是受到精确调控的囊泡分泌过程，actin的核化和微丝的延伸在胰岛素囊泡的分泌中也发挥重要作用。本项目拟以一个新发现的actin核化因子- - Spire1蛋白为研究对象，利用胰腺β细胞特异性敲除Spire1基因的小鼠，在动物水平和细胞水平开展系统的研究，旨在阐明：1，Spire1在胰岛素分泌中的生理功能；2，Spire1调控胰岛素分泌和胰岛素囊泡转运的作用机制；3，Spire1调控的微丝形成与胰岛素囊泡转运的关系。因此，本课题是研究一个新蛋白在一个重要生理过程中的作用机制，具有很强的创新性和重要的科学意义。研究结果将揭示Spire1在胰岛素囊泡分泌和胰岛素释放中扮演的角色，能够为糖尿病的发生发展机制提供新的分子基础和研究方向。

胰岛素是机体血糖平衡的重要调控因子，若胰岛素分泌不足或发生胰岛素抵抗会引起糖尿病。胰岛素是通过调节性分泌途径从胰岛β细胞中分泌的，此过程是受到精确调控的囊泡分泌过程，actin的核化和微丝的延伸在胰岛素囊泡的分泌中也发挥着重要作用。Spire1 蛋白是一个新发现的actin核化因子，至今研究较少，但是为数不多的研究结果却显示它具有非常重要的生理功能。. 本项目中我们在国际上率先成功制作出胰岛β细胞Spire1基因特异性敲除的小鼠模型，首次发现Spire1的缺失会造成小鼠的葡萄糖不耐受，但不影响小鼠对胰岛素的反应，揭示Spire1参与调控胰岛素的分泌。进一步研究发现，Spire1作为一个actin的成核因子，通过影响细胞膜下actin的重构进而影响β细胞中胰岛素囊泡在细胞膜上的锚定过程，从而调控胰岛素的分泌。我们的研究结果首次将actin成核因子Spire1与胰岛素分泌联系在一起，并找出了Spire1调控胰岛素分泌的分子机制，为糖尿病的研究提供了新的思路。. 另外，我们建立了一种高效地分离胰岛素囊泡的方法，为Spire1的功能研究等囊泡相关研究提供了重要的研究方法和强大的技术支持。我们通过线虫全基因组RNAi筛选，发现了一系列新的参与胰岛素囊泡分泌的基因，为阐明Spire1参与调控胰岛素分泌的分子机制提供了更多的研究入手点和方向，为阐明糖尿病发病的分子机制提供了更多的研究基础和新的研究思路。我们还建立了一种在蛋白质组水平上筛选泛素连接酶底物蛋白的新方法，为研究细胞内蛋白质的质量控制和相关生物学过程提供了一种强大的研究手段。