HNF1的磷酸化修饰及与ATM的相互作用在糖代谢中的意义

Hepatocyte nuclear factor-1 alpha (HNF1α) plays an important role in the regulation of a large number of genes expressed in the liver and pancreatic β-cells. However, the molecular mechanism involved in HNF1α-dependent gene activation have remained unclear. We now reported a phosphorylation sites in HNF1α: Ser249, which is involved in regulating HNF1α activation, especially in glucose-stimulated insulin secretion. We further identified that ATM, the protein product of the ATM gene that is mutated in the disease ataxia telangiectasia, phosphorylates HNF1α at Ser 249 in vitro and IR treatment induces phosphorylation of HNF1α at Ser 249 in vivo in an ATM-dependent manner. Taken together, these results support a model that phosphorylation processes are involved in the regulation of transactivity of HNF1α and provide new insights into understanding the role of HNF1α in maintaining glucose homeostasis

HNF1α是维护细胞代谢正常的重要转录蛋白，它的失活会引发包括糖尿病、肿瘤等在内的多种代谢类疾病。前期研究结果显示HNF1αSer249是其重要的功能位点，该位点翻译后修饰的异常显著影响HNF1α的生物学活性，我们推测该位点可能是ATM调控细胞代谢的作用靶。本项目拟从分子与细胞水平及动物水平对HNF1α的作用机制进行深入研究：1）HNF1αSer249突变体的基本特性（转录活性、DNA结合活性、定位）及与ATM的关系；2）HNF1αSer249突变对胰岛细胞系的糖代谢水平、ATP水平、Ca2+浓度、以及胰岛素水平等的影响；3)构建过表达HNF1αSer249突变体的转基因小鼠，检测其体重、血糖、胰岛素、葡萄糖代谢相关基因表达等指标4）ATM与HNF1A的相互作用。这为我们深入研究异常代谢并由其引发的重大疾病的分子机制，寻找新的、更有效的靶点蛋白，为早期诊断和防治这些重大疾病提供新的手段和

肝细胞核因子1α(HNF1α)是一类包含同源结构域的转录因子，参与调控肝脏、胰岛、肾脏和肠代谢，它的失活会引发包括糖尿病、肿瘤等在内的多种代谢类疾病。与不同的蛋白质相互作用形成动态的转录复合体是HNF1α精确调控肝脏基因时空特异表达的基础，目前关于HNF1α相互作用蛋白质的报道主要集中于二聚化、染色体改构、协同调控等类型，而做为转录因子的主要调控方式——翻译后修饰的研究报道极少。前期研究结果显示HNF1αSer249 是其重要的功能位点，该位点翻译后修饰的异常显著影响HNF1α的生物学活性，生物信息学预测该位点可能是ATM 调控细胞代谢的作用靶。本项目从分子与细胞水平及动物水平对HNF1α的作用机制进行深入研究：采用毛细管液相色谱质谱和生化分析， 我们确定了一个HNF1 α 的新磷酸化位点— —Ser249。体外激酶实验结果表明，ATM 蛋白激酶直接磷酸化HNF1α；用ATM 抑制剂ku55933 处理抑制HNF1αSer249 的磷酸化。免疫共沉淀实验证实HNF1α 和ATM 之间存在蛋白质相互作用。此外，ATM以剂量依赖的方式增强HNF1α 转录活性，但ATM 激酶失活突变体不能增强HNF1α转录活性，用ku55933处理，ATM 对HNF1α的调节活性丧失。与野生型HNF1α 相比，在HNF1αSer249A 突变体转录活性显著下降，但没有观察到负显性失活效应。HNF1αSer249A 突变体表现出正常的核定位但DNA 结合活性降低。相应的功能实验结果表明， HNF1αSer249A 突变体不能正常调节葡萄糖代谢。我们的研究提示：由ATM介导的HNF1αSer249 磷酸化在机体葡萄糖代谢过程中发挥了重要作用，为ATM 参与体内葡萄糖稳态调节提供了新的证据。研究结果发表在BBA-GRM杂志上（Biochimica et biophysica acta, 2014, 1839, 604-620.）。