同濟大學(xué)醫(yī)學(xué)院章小清課題組在《Cell Research》雜志發(fā)表創(chuàng)新研究論文
2017年7月4日，同濟大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院、同濟大學(xué)醫(yī)學(xué)院章小清教授課題組在國際著名學(xué)術(shù)期刊Nature旗下《Cell Research》雜志在線發(fā)表了題為“Smad5 acts as an intracellular pH messenger and maintains bioenergetic homeostasis”的最新研究成果。
圖解：首次解析Smad5可以感受溫度、胞外pH 及滲透壓的變化并通過調(diào)整其出核速率決定核漿定位
生物體總是處于不斷變化的細胞內(nèi)外環(huán)境中，譬如溫度、細胞內(nèi)外酸堿度及滲透壓等。因此，所有生物體都需要感受這些不斷變化的內(nèi)外界環(huán)境并做出相應(yīng)的反應(yīng)，以維持細胞正常的生理功能。章小清團隊研究人員在實驗中偶然發(fā)現(xiàn)，位于經(jīng)典BMP信號通路下游的轉(zhuǎn)錄因子Smad5可以感受溫度、胞外酸堿度及滲透壓的變化。高溫、胞外酸化及低滲條件會促使Smad5在細胞核內(nèi)聚集；而在低溫、胞外堿化及高滲條件下，Smad5會迅速從細胞核轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中。進一步研究發(fā)現(xiàn)，溫度、胞外酸堿度及滲透壓都可以引起細胞內(nèi)酸堿度的改變，Smad5可以迅速感受細胞內(nèi)酸堿度的變化進而引起其核漿分布的改變。另外，敲除Smad5會引起細胞內(nèi)能量穩(wěn)態(tài)的紊亂并干擾正常發(fā)育過程。Smad5可以與糖酵解第一個限速酶HK1結(jié)合，增強HK1的酶活性，加速糖酵解和后續(xù)線粒體的氧化磷酸化。因此，Smad5可以迅速捕捉到胞內(nèi)酸堿度的細微變化，通過核漿穿梭來調(diào)節(jié)細胞內(nèi)能量穩(wěn)態(tài)。
該項研究首次揭示了Smad5存在不依賴于傳統(tǒng)BMP信號的一個全新重要功能，這也是第一個發(fā)現(xiàn)細胞是如何回應(yīng)外界環(huán)境變化，并通過捕捉胞內(nèi)酸堿度的變化以維持細胞內(nèi)代謝穩(wěn)態(tài)的重要細胞學(xué)事件。該研究可以增強我們對細胞內(nèi)酸堿度和代謝穩(wěn)態(tài)是如何建立及維持的理解，提高我們對細胞內(nèi)酸堿度和代謝在胚胎發(fā)育中作用的認識，并為進一步的藥物研發(fā)、細胞移植及治療打下堅實的基礎(chǔ)。
同濟大學(xué)醫(yī)學(xué)院章小清教授、劉玲研究員和諾華生物醫(yī)學(xué)研究中心的向斌博士是這篇論文的共同通訊作者。論文的第一作者為章小清教授組的博士研究生房玉江。房玉江同學(xué)也是教育部學(xué)術(shù)新人獎的獲得者，并代表中國研究生參加了2014年林島諾貝爾獎獲得者大會。本研究中，合作單位華東理工大學(xué)楊弋教授和趙玉政研究員，以及南通大學(xué)的金國華教授在細胞內(nèi)pH測量和相關(guān)機制探討方面做出了重要貢獻。
相關(guān)研究得到科技部國家重大科學(xué)研究計劃、國家自然科學(xué)基金委、上海市科委等項目的資助。
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