文档介绍：项目名称:细胞膜重要脂质代谢产物对重大疾病病理生理过程的调控首席科学家:朱毅北京大学起止年限:2010年1月-2014年8月依托部门:教育部一、研究内容 花生四烯酸被COX、LOX和CYP三条途径代谢生成上百种结构相似,但具有不同生物活性的代谢产物,在生命活动和多种重大疾病过程中发挥重要的作用。然而,许多重要花生四烯酸代谢产物的作用机制和关键的作用靶点等尚不完全清楚。特别是花生四烯酸代谢一条通路出现异常或者改变时,会如何影响其他代谢途径、会如何影响生物体的整体代谢,上述影响有什么病理生理学意义等重要问题仍然需要深入研究。另外,花生四烯酸代谢依赖几十种相关酶的共同作用,而上百种代谢产物与相应的蛋白质(包括受体、信号分子等)结合和相互作用,共同介导了花生四烯酸系统对细胞和器官功能的影响。任何外界刺激或细胞功能状态改变导致的花生四烯酸代谢通路的改变,必然影响各通路代谢产物之间的稳态,进而造成细胞乃至机体的功能紊乱。本项目将现代生物学方法和转基因/基因敲除等模式动物相结合,横向研究在不同的生理病理状态下花生四烯酸代谢途径和产物的变化及其重要代谢产物与相关蛋白质相互作用的机制,进而阐明花生四烯酸代谢系统在不同病理生理状态下的作用。(一)关键科学问题:本项目针对“花生四烯酸代谢通路不同产物之间形成的网络、及其与相关蛋白质的相互作用机理、影响生物代谢组的规律以及对重要病理生理过程的调控作用机制”等关键科学问题开展研究。(二)主要研究内容围绕我们提出的关键科学问题,根据前述的目前国际和国内研究现状以及我们具备的条件和前期工作基础,本项目以花生四烯酸代谢为中心,以代谢产物与相关蛋白相互作用和调节为主轴,针对花生四烯酸代谢产物在重要生理及病理生理过程中的调节作用,拟运用代谢组学、蛋白组学、结构生物学和模式动物结合的方法展开研究。本项目主要研究内容将在以下三个层面展开:1、阐明花生四烯酸的三大代谢通路中不同的代谢产物间的网络调控和代谢调节的关键因素,以及花生四烯酸代谢改变对整体和特定组织器官代谢组的影响(1)首先在细胞水平,研究环氧酶(COX-1和COX-2)、脂氧酶(5-LOX,12-LOX,15-LOX1和15-LOX2)及P450单氧酶(表氧酶和w-羥化酶)三大代谢通路的代谢产物,以期明确花生四烯酸的所有活性代谢产物代谢谱的变化,并可望发现新的生物活性物质;(2)运用花生四烯酸三大代谢通路关键合成酶基因的敲除小鼠模型,借助代谢组学手段研究动物组织、血液和尿液中的花生四烯酸代谢产物以及整体代谢组的变化规律,以阐明单一通路阻断对其他通路代谢产物的影响;(3)在细胞和整体动物水平研究在单一代谢途径阻断的情况下,重要病理生理刺激因素对花生四烯酸代谢产物种类和合成水平的影响,以明确花生四烯酸不同代谢产物间的网络调控机制。2、重要的花生四烯酸代谢产物与相关蛋白的相互作用(1)利用结构生物学和分子生物学手段明确COX及LOX产物与其相应膜受体结合的结构基础和介导不同信号通路的分子机制。该研究将有助于阐明同一花生四烯酸分子调节不同生理和病生理过程以及不同产物参与同一生理及病生理过程调节的分子基础;(2)研究花生四烯酸代谢产物与代谢性核受体相互作用的机制及其生物学作用,该项研究将可揭示花生四烯酸代谢产物通过核受体调控重要生理、病理生理过程的机制及与重大疾病的关系;(3)发现与重要花生四烯酸代谢产物(包括COX代谢产物前列腺素、前列环素、血栓素;LOX代谢物白三烯、5-HETE和15-HETE和CYP代谢物EETs和w/w-1-HETE)相互作用的新的蛋白分子,以阐明花生四烯酸代谢产物参与重要生理及病生理过程调节的机制;(4)应用分子和细胞生物学手段在重要花生四烯酸代谢产物受体及其作用蛋白转基因或基因敲除动物模型中研究相应花生四烯酸代谢产物与相关蛋白质的相互作用及其机制。3、花生四烯酸代谢产物对重要生理病理过程的调控作用及其机制(1)在细胞水平研究重要花生四烯酸代谢产物对细胞增殖与分化、糖、脂代谢以及炎症过程等重要生理病理过程的影响及其机制;(2)在整体动物水平,利用模式动物和基因敲除动物研究花生四烯酸代谢产物与上述生理病理过程及其功能紊乱引起的相应重大疾病的关系。我们将本着“有所为,有所不为”的原则,以这些病理生理变化对心血管系统影响为重点展开研究;以高脂血症等疾病模式研究重要花生四烯酸代谢产物对脂代谢的影响和其代谢紊乱与高脂血症发生的关系;以具有慢性血管炎症为特征的动脉粥样硬化为切入点,探讨花生四烯酸代谢产物调控血管内皮细胞功能,参与对动脉粥样硬化发生、发展的机制;心血管细胞的损伤与重塑发生是细胞增殖与分化失衡的结果。以高血压、心肌肥大及内膜新生为模型,研究不同花生四烯酸代谢产物在心肌细胞和血管平滑肌细胞中对细胞增殖与分化的影响。上述研究的完成不仅将完善我们