王晓晨实验室最新PNAS文章解析细胞凋亡

　　

生物通报道：来自北京大学，北京生命科学研究所NIBS的研究人员报道了线虫RAB-2,RAB-7和RAB-14在凋亡细胞降解过程中的顺序作用，解析了吞噬小体的形成和成熟以及凋亡细胞的降解过程。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

文章的通讯作者是北京生命科学研究所的王晓晨研究员，王晓晨研究组近期获得了多项成果，生物通对此也有多项报道，请见NIBS王晓晨专访：添补空白的细胞凋亡研究，文章的第一作者是郭鹏飞, 胡天靖，参与此工作的还有张娟，姜善雅。这项研究为科技部863和北京市科委资助课题，在北京生命科学研究所完成。

在细胞凋亡后，凋亡细胞会被临近细胞或专门的吞噬细胞识别并吞噬降解。目前，关于已被吞噬的凋亡细胞如何被降解的分子机制仍知之甚少。通过遗传学、分子生物学等实验方法王晓晨实验室在线虫中克隆得到了基因rab-14，它是人类基因Rab GTPase 14在线虫中的同源基因。

研究首先发现该基因与凋亡细胞的降解过程有关。rab-14在线虫的吞噬细胞中起作用,它与另外一个之前由王晓晨实验室和Dr. Zheng Zhou实验室同时发现的Rab GTPase 2/UNC-108并行作用，共同调节吞噬小体的酸化。另外，RAB-14和UNC-108还与RAB GTPase 7一起调节吞噬小体与溶酶体的融合过程。RAB-14和UNC-108并行作用，先介导溶酶体附着到吞噬小体表面，随后RAB-7介导附着的溶酶体膜泡与吞噬小体融合，并最终降解凋亡细胞。

凋亡细胞的吞噬降解过程是整个细胞死亡程序中必不可少的一环，对死亡细胞清除的障碍会引起诸如哮喘、类风湿性关节炎和狼疮等炎症疾病和自身免疫紊乱。迄今为止，关于吞噬小体的形成和成熟以及凋亡细胞的降解过程已有一些报道，但具体机制仍不清楚。王晓晨实验室发现了rab-14基因对上述过程起调节作用，并且研究了与另外两个已知基因unc-108和rab-7的相互关系。最后，这项研究证实小鼠的Rab14在凋亡细胞的清除过程中可以替代线虫RAB-14的功能，它在降解凋亡细胞的功能在哺乳动物中是保守的。

王晓晨研究组主要的研究方向是运用特异的正向遗传学及反向遗传学筛选手段寻找参与凋亡细胞清除过程的新基因，并对所鉴定的相关基因展开凋亡细胞吞噬，降解过程调节机制的研究，包括凋亡细胞信号的展示，识别，凋亡细胞的吞噬和降解。

这一研究组近期获得了许多重要发现，王晓晨研究员本人也参与到了多项科研工作中，比如今年NIBS发表的Cell文章，这篇文章发现了4个多细胞动物特异的自噬基因，让我们对高等生物中自噬机制有了进一步了解。

这项研究为让我们对高等生物中自噬机制有了进一步了解，自噬小体的形成需要经过诱导，延伸以及成熟的过程。研究人员建立了线虫这一多细胞生物的遗传研究模型，来分析自噬的通路。本文的研究提供了一个遗传学研究的平台，帮助理解和研究在哺乳动物细胞中基础水平的自噬作用以及选择性自噬通路。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Sequential action of Caenorhabditis elegans Rab GTPases regulates phagolysosome formation during apoptotic cell degradation

Phagocytosis of apoptotic cells requires recognition of cell corpses followed by internalization and enclosure within plasma membrane-derived phagosomes. Phagosomes undergo maturation to generate phagolysosomes in which cell corpses are degraded; however, regulation of the maturation process is poorly understood. Here, we identified Rab GTPase 14, which regulates apoptotic cell degradation in Caenorhabditis elegans. rab-14 mutants accumulate many persistent cell corpses owing to defective cell corpse clearance. Loss of rab-14 function affects several steps of phagosome maturation including phagosomal acidification and phagolysosome formation. RAB-14 and UNC-108/RAB2 are recruited to phagosomes at a similar stage and function redundantly to regulate phagosome maturation. Three Rabs, RAB-14, UNC-108/RAB2, and RAB-7, act in sequential steps to control phagolysosome formation. RAB-14 and UNC-108 recruit lysosomes, whereas RAB-7 mediates fusion of lysosomes to phagosomes. Our data reveal the sequential action of Rab GTPases in regulating tethering, docking, and fusion of lysosomes to apoptotic cell-containing phagosomes.

作者简介：

王晓晨 博士
北京生命科学研究所研究员

教育经历：
1999-2005
美国科罗拉多大学分子与细胞发育生物学系博士后

1998-1999
比利时根特大学/佛兰德斯生物科技研究所访问学生

1994-1999
北京大学生命科学学院植物基因工程和蛋白质工程国家重点实验室博士

1988-1992
山东大学微生物学系微生物学士

研究概述
细胞程序化死亡是一种通过激发内在自杀程序的细胞自我毁灭的细胞进程。和细胞增殖一样，细胞死亡也是动物发育和自我平衡很重要的一方面。这两种进程都被牢牢的控制着使得在不同的组织和器官中细胞数目控制在一个合适的程度。细胞程序化死亡的失调将导致很多的人类疾病，包括癌症，自身免疫失调，神经退化失调（阿尔茨海默病，帕金森病，亨廷顿症）和获得性免疫缺陷综合症（艾滋病）等等。

秀丽线虫提供了一个独一无二的系统来研究细胞程序化死亡是怎样被调控和执行的。在线虫中通过遗传学的研究已经鉴定出了一条控制激活和执行细胞程序化死亡的遗传途径，包括细胞死亡的特异性，激活，执行，细胞尸体的吞噬和DNA的降解。重要的是，所有这些对于线虫中细胞程序化死亡过程有功能的基因都能在哺乳动物中找到相对应的同源基因，并以相类似的方式调节凋亡。这一些都暗示着调控细胞死亡的机制从线虫到人类都是保守的。

凋亡细胞的吞噬及降解过程是整个细胞死亡程序中不可缺少的一环，它在组织重塑，炎症抑制和免疫应答调控中也起着重要的作用。对死细胞清除的障碍会引起诸如哮喘、类风湿性关节炎和狼疮等炎症疾病和自身免疫紊乱。在过去的几十年中，虽然对凋亡细胞的吞噬已经有了大量的研究，但其分子机制依然很不清楚，问题就在于吞噬过程本身的复杂性和参与因子的冗余性，而且又缺乏真正的高等动物体内模型。利用秀丽小杆线虫作为模式动物，我们实验室将运用遗传学，细胞生物学和生化的方法来研究调控凋亡细胞清除的分子机制。我们在线虫中的研究，有助于揭示凋亡细胞清除在高等生物内的调控机制，为相关疾病的诊断及治疗提供理论依据。

我们将运用特异的正向遗传学及反向遗传学筛选手段寻找参与凋亡细胞清除过程的新基因， 并对所鉴定的相关基因展开凋亡细胞吞噬，降解过程调节机制的研究，包括凋亡细胞信号的展示，识别，凋亡细胞的吞噬和降解。

该实验室的研究课题为：
1.在线虫中鉴定人的AIF同源物
2.WAH-1 作用于SCRM-1来介导磷脂酰丝氨酸位点的暴露，从而调节机体识别并吞噬死亡的细胞
3.磷酯酰丝氨酸受体转换凋亡细胞信号，促进通过CED-2,5,10,12途径的凋亡细胞残体的吞噬
凋亡细胞的吞噬过程是整个细胞死亡程序中不可缺少的一环，它在组织重塑，炎症抑制和免疫应答调控中也起着重要的作用。对死细胞清除的障碍会引起诸如哮喘、类风湿性关节炎和狼疮等炎症疾病和自身免疫紊乱。在过去的几十年中，虽然对凋亡细胞的吞噬已经有了大量的研究，但其分子机制依然很不清楚，问题就在于吞噬过程本身的复杂性和参与因子的冗余性，而且又缺乏真正的高等动物体内模型。利用秀丽小杆线虫作为模式动物，该实验室就能够同时运用整体遗传和生化的方法再结合功能分析来研究调控凋亡细胞清除的分子机制。该实验室在线虫中的研究，有助于揭示吞噬作用在人体内的调控机制；并能提高对于凋亡过程中凋亡细胞清除的了解。