氧化修饰对SUMO蛋白酶3功能的调控及其在活性氧引起细胞死亡中的作用

SUMO化是新发现的蛋白质翻译后修饰，目前尚不知道氧化应激导致的蛋白质SUMO化状态改变与细胞死亡之间有什么关系。过去认为重度氧化应激通过使蛋白质肽链断裂、脂质过氧化等氧化损伤导致细胞死亡，但近年发现活性氧对关键蛋白的巯基氧化修饰是氧化应激下细胞发生受调控死亡的重要原因之一。我们发现：轻度氧化应激造成SUMO蛋白酶SENP3蛋白快速累积，并对p300去SUMO化，从而调控相应底物的功能，产生促细胞存活的效应；而重度氧化应激则抑制SENP3功能。因此本项目拟从分析高水平活性氧对SENP3酶活性位点中半胱氨酸巯基氧化修饰入手，探索SENP3在重度氧化应激条件下活性改变的分子机制，并调查SENP3底物p300在此条件下SUMO化状态改变的相应信号转导，重点聚焦其下游一系列促存活转录因子受到抑制及其对细胞死亡的影响，为阐明SUMO蛋白酶应答细胞应激信号与调控细胞死亡之间关系的机理做出贡献。

本项目的研究目标是探索氧化修饰对SUMO蛋白酶3(SENP3)功能的调控机制，证明SENP3失活是高水平活性氧引起细胞死亡的原因之一，为理解缺血再灌注损伤发生机制及损伤保护提供新的基础研究资料。目前已经完成预期目标，发表了SCI收录论文一篇，研究进行中一篇，并且在研究过程中有了新的发现，拓展出新的研究方向，已经整理成论文在投稿中；参加全国性会议两次，发表会议摘要两篇；培养青年教师一名和在读博士生一名。根据原研究计划的发现是：1. 高水平活性氧不影响SENP3的蛋白量，而是抑制SENP3的酶活性，使其不能去除其底物蛋白p300上面的SUMO化修饰。2. SENP3的532位半胱氨酸不仅是其酶活性位点，而且还是与底物结合的必需位点，高水平活性氧是通过氧化修饰532位半胱氨酸而抑制了SENP3与其底物p300结合的能力，降低了其酶活性。3. 高水平活性氧抑制SENP3活性使HIF-1的共激活因子p300不能去SUMO化修饰，导致p300不能与HIF-1结合，使得HIF-1这个细胞中关键的促存活抗凋亡转录因子活性下降，其调控的几个重要的促生存、抗凋亡的靶基因表达下调。4. 以心肌缺血再灌注模型作为重度氧化应激病理模型，明确该模型导致的细胞死亡中存在SENP3的失活，并且临床常用的麻醉药异氟醚导致的活性氧水平轻度升高使心肌细胞内SENP3蛋白量累积并激活，去除p300的SUMO2/3修饰，能够拯救重度氧化应激导致的细胞死亡。新的研究方向的发现是：在活性氧轻度升高拯救重度氧化应激导致的细胞死亡的机制中，除了我们已经发现的通过激活SENP3外，还能够通过激活RhoA-细胞骨架通路，从而提高细胞之间以及细胞与基质之间的黏附能力，达到逆转重度氧化应激导致的细胞死亡现象，为缺血再灌注损伤保护提供了一个全新的机制假说。