Akt2是Akt家族中抗氧化应激的主要激酶并通过多条信号途径抑制过氧化氢诱导的细胞凋亡

论文摘要

Akt蛋白激酶（又称蛋白激酶B）在细胞凋亡、细胞增殖、细胞分化、生理代谢、衰老及疾病和癌症等细胞生理病理活动的调控中起着至关重要的作用。尽管Akt蛋白激酶家族成员Aktl和Akt2具有高度的氨基酸同源性及类似的蛋白质一级结构,日益增多的研究成果表明Aktl和Akt2在细胞生理病理活动调控上具有各自特异的功能。研究表明氧化应激是晶状体上皮广泛应对的一种环境压力,同时有文献报道称氧化应激诱导的晶状体上皮细胞凋亡是非遗传性白内障发生发展的病理机制之一。Akt蛋白激酶作为重要的促细胞存活因子,其调控氧化应激诱导晶状体上皮细胞凋亡的功能并未被详细阐述。本研究的首要目的就是阐明Akt蛋白激酶家族成员调控氧化应激诱导晶状体上皮细胞凋亡的分子机制。本论文研究首先确定了Akt蛋白激酶家族三个成员Akt1、Akt2和Akt3在不同胚胎发育时期的小鼠眼球四种组织：视网膜、晶状体上皮、晶状体纤维及角膜内的发育表达模式；其次,本论文研究阐明了Akt1、Akt2和Akt3在成年小鼠眼球四种组织中的分化表达模式及Akt蛋白激酶在Thr450、Thr308和Ser473位点的磷酸化水平。这一研究表明Akt1是成年小鼠晶状体组织中显著高表达的Akt蛋白激酶家族成员。为了探索Akt1调控氧化应激诱导晶状体上皮细胞凋亡的分子机制,本研究以人类晶状体上皮（Human Lens Epithelium,HLE）细胞为功能研究模型,采用了Akt1特异的shRNA来靶向沉默HLE细胞中的Akt1并建立了稳定的Aktl knockdown HLE细胞系,另外也建立了相应的对照Mock knockdown HLE细胞系。在通过稳定体系所产生的50μM过氧化氢对细胞进行2小时处理后,与Mock knockdown HLE细胞相比,Aktl knockdown HLE细胞表现出显著增强抵抗过氧化氢引起细胞凋亡的能力。对两种细胞显著差异凋亡率的内在分子机制分析揭示：1)Akt1 shRNA靶向沉默导致HLE细胞在氧化应激下Akt2的上调和Akt蛋白激酶活性显著增强；2)显著增强的Akt蛋白激酶活性调控下游三条主要的信号途径MDM2-p53-Bak, GSK3β-MCL-1及FOXO3A-Bim以增强HLE细胞抵抗过氧化氢引起细胞凋亡的能力。这些实验结果表明Akt2,而并非Akt1,是HLE细胞中调控细胞生理活动抵抗氧化应激诱导凋亡的主要Akt蛋白激酶家族成员。为了进一步证实此结论,用Akt2特异的shRNA靶向沉默HLE细胞及Akt1 knockdown HLE细胞中的Akt2并分别建立了稳定的Akt2knockdown HLE细胞系与Akt1/2 knockdown HLE细胞系。用与之前实验中同等条件的过氧化氢处理细胞后,发现Akt2 shRNA靶向沉默能显著增强两种细胞对氧化应激诱导凋亡的敏感性。与各自对照的Mock knockdown HLE细胞相比,过氧化氢处理使Akt2knockdown HLE细胞和Akt1/2 knockdown HLE细胞的凋亡率显著上升。另外,在Akt2 knockdown HLE细胞与Akt1/2 knockdown HLE细胞中,过氧化氢处理导致Akt蛋白激酶控制的三条主要信号途径表现出相似的变化。为了更进一步确定Akt2抵抗氧化应激诱导细胞凋亡的重要功能,在HLE细胞中转染了Akt2的表达质粒,过氧化氢处理细胞后的实验结果表明Akt2的过表达能显著降低氧化应激诱导的细胞凋亡率。总结以上实验结果,本研究首次指出了Akt1 shRNA靶向沉默诱导Akt2代偿性上调及Akt蛋白激酶活性增强以增加细胞抵抗氧化应激诱导细胞凋亡的能力,并首次论证了Akt2是HLE细胞中抵抗氧化应激诱导凋亡的主要Akt蛋白激酶家族成员。另外用充分的实验数据论证了其内在的分子机制涉及到Akt蛋白激酶对MDM2-p53-Bak, GSK3β-MCL-1及FOXO3A-Bim三条细胞信号途径的调控。本论文的结论为氧化应激诱导的非遗传性白内障的预防与治疗提供了新的理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1. AKT细胞信号途径
• 1.1 Akt蛋白激酶的发现和结构
• 1.2 Akt蛋白激酶的激活与失活机制及生物学功能
• 1.3 Akt信号途径的生物学功能
• 2. 氧化应激诱导的细胞凋亡与AKT信号途径
• 2.1 氧化应激与人类疾病
• 2.2 氧化应激诱导的细胞凋亡与Akt信号途径
• 第二章 AKT蛋白激酶家族分子在不同胚胎发育时期及成年期小鼠眼球不同组织中的表达模式和活性水平分析
• 1. 实验材料、化学试剂及设备仪器
• 2. 常规实验方法
• 2.1 免疫组织化学
• 2.2 蛋白质印记（Western Blot）
• 2.3 逆转录PCR（RT-PCR）
• 2.4 数据统计学分析
• 3. 实验结果
• 3.1 三种Akt家族分子在不同胚胎发育时期中小鼠眼球不同组织中的免疫荧光结果分析
• 3.2 三种Akt家族分子成年小鼠眼球不同组织中的RT-PCR结果分析
• 3.3 三种Akt家族分子成年小鼠眼球不同组织中的Western Blot结果分析
• 3.4 Akt蛋白激酶在成年小鼠小鼠眼球不同组织中的活性水平分析
• 第三章 AKT1 KNOCKDOWN、AKT2 KNOCKDOWN、AKT1/2KNOCKDOWN HLE稳定细胞系及其他相关细胞系的建立
• 1. 实验材料、化学试剂及仪器设备
• 2. 常规实验方法
• 2.1 脂质体Lipofectamin 2000介导的哺乳动物细胞转染
• 2.2 表达载体的构建
• 2.3 细胞蛋白质提取及Western Blot分析
• 3. 实验结果
• 3.1 Akt1 knockdown HLE稳定细胞系及对照Mock knockdownHLE稳定细胞系的建立
• 3.2 Mock shRNA-Bak shRNA稳定细胞系的建立
• 3.3 pCI-neo-Bim表达质粒的构建
• 3.4 Akt1shRNA-Bim-HLE稳定细胞系的建立
• 3.5 pCI-neo-MCL-1表达质粒的构建
• 3.6 MockshRNA-MCL-1-HLE稳定细胞系的建立
• 3.7 Akt2 knockdown HLE稳定细胞系的建立
• 3.8 Akt1/2 knockdown HLE稳定细胞系的建立
• 第四章 HLE细胞中AKT1 SHRNA靶向沉默引起AKT2的上调及AKT蛋白激酶活性显著上升从而增强抵抗过氧化氢引起细胞凋亡的能力
• 1. 实验材料、化学试剂及设备仪器
• 2. 常规实验方法
• 2.1 过氧化氢处理细胞
• 2.2 细胞Hoechst染色
• 2.3 流式细胞检测细胞凋亡
• 2.4 MTT法检测细胞凋亡
• 2.5 哺乳动物细胞的瞬时转染
• 2.6 细胞蛋白质的提取及Western Blot分析
• 2.7 Akt蛋白激酶活性分析
• 2.8 数据统计学分析
• 3. 实验结果
• 3.1 HLE细胞中Akt1 shRNA靶向沉默显著增强抵抗过氧化氢引起细胞凋亡的能力
• 3.2 HLE细胞中Akt1 shRNA靶向沉默引起Akt2上调以及激酶活性水平的上升
• 第五章 AKT蛋白激酶调控MDM2-P53-BAK,GSK3B-MCL-1和FOXO3A-BIM三条信号途径抵抗AKT1 KNOCKDOWN HLE细胞在氧化应激下的细胞凋亡
• 1. 实验材料、化学试剂及仪器设备
• 2. 常规实验方法
• 3. 实验结果
• 3.1 Akt蛋白激酶对MDM-2-p53-Bak促细胞凋亡信号途径的负调控参与Akt1 shRNA靶向沉默抵抗氧化应激诱导细胞凋亡的分子机制
• 3.2 Akt蛋白激酶对GSK3β-MCL-1促细胞存活信号途径的正调控参与Akt1 shRNA靶向沉默抵抗氧化应激诱导细胞凋亡的分子机制
• 3.3 Akt蛋白激酶对FOXO3A-Bim促细胞凋亡信号途径的负调控参与Akt1 shRNA靶向沉默抵抗氧化应激诱导细胞凋亡的分子机制
• 第六章 AKT2是HLE细胞中在氧化应激下调控细胞信号途径促进细胞存活的主要AKT蛋白激酶
• 1. 实验材料、化学试剂及设备仪器
• 2. 常规实验方法
• 3. 实验结果
• 3.1 HLE细胞中Akt2 shRNA靶向沉默显著增强过氧化氢引起的细胞凋亡率
• 3.2 MDM2-p53-Bak,GSK3β-MCL-1及FOXO3A-Bim信号途径参与Akt2 shRNA靶向沉默上调HLE细胞中过氧化氢引起的细胞凋亡率
• 3.3 HLE细胞中Akt1/2 knockdown逆转了Akt1 knockdown增强细胞抵抗氧化应激的能力,并显著增强过氧化氢引起的细胞凋亡率
• 3.4 Akt1/2 knockdown HLE细胞中MDM2-p53-Bak,GSK3β-MCL-1 和FOXO3A-Bim信号途径参与过氧化氢引起细胞凋亡率的显著上升
• 3.5 HLE细胞中Akt2的过表达能增强细胞抵抗过氧化氢引起细胞凋亡的能力
• 第七章 总结、讨论与研究展望
• 1. 总结
• 2. 讨论及研究展望
• 2.1 Akt2是HLE细胞中调控细胞生理活动抵抗氧化应激诱导细胞凋亡的主要Akt蛋白激酶分子
• 2.2 Akt蛋白激酶调控MDM2-p53-Bak,GSK3β-MCL-1及FOXO3A-Bim三条信号途径对抗氧化应激诱导的细胞凋亡
• 2.3 本论文研究的理论意义及实际应用价值
• 参考文献
• 博士学习期间撰写、发表的主要论文及获奖情况
• 致谢