过表达人源E46K突变体α-synuclein对蛋白质降解系统的影响

【摘要】帕金森病(Parkinsonsdisease,PD)是临床最常见的中枢神经系统退行性疾病之一,主要发生于中老年人群。在我国65岁以上人群发病率约为1.7%,发病人数超过200万。PD在病理学上主要表现为中脑黑质致密部多巴胺能神经元选择性丢失以及残存神经元胞体中有蛋白质包涵体被称为路易小体(LewyBodies,LBs)的出现。LBs的主要成分是α-突触核蛋白(α-synuclein,α-syn),由140个氨基酸残基组成。PD的发病机制目前尚未完全阐明,遗传学研究表明编码a-syn的基因点突变(包括A30P,A53T,E46K)及过表达与PD的发生有密切关系,但异常表达的α-syn的毒性机制仍不清楚。近年来研究表明α-syn异常表达与蛋白质降解系统功能异常密切相关。在本研究中,我们主要对过表达和E46K突变体α-syn对蛋白质降解系统的影响,其自身在细胞内的降解途径和降解速率以及对细胞的毒性进行研究。一、过表达E46K突变体α-syn对蛋白质降解系统的影响我们发现在PC12和HEK293细胞上稳定及瞬时过表达E46K突变体α-syn可显著抑制自噬底物蛋白p62的降解并促进其聚集。同时E46K突变体α-syn对p62的影响具有自噬依赖性。这些结果提示我们过表达E46K突变体α-syn损伤自噬功能。随后我们发现过表达E46K突变体α-syn对自噬的抑制作用发生在减少自噬吞噬体的形成而对溶酶体的功能没有显著影响。进一步机制研究发现,发现过表达E46K突变体α-syn可通过抑制c-Jun氨基末端激酶1(c-JunN-terminalKinase1,JNK1)的磷酸化导致Bcl-2磷酸化水平降低,同时增加自噬抑制性复合物Bcl-2/Beclinl的形成并降低自噬促进性复合物Beclinl/Vps34的形成,进而抑制自噬的发生。过表达E46K突变体α-syn对经典的哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(themammaliantargetofrapamycin,mTOR)介导的自噬调节信号通路无显著影响。我们还发现与E46K突变体α-syn不同,表达野生型(Wildtype,WT)α-syn不影响细胞基础自噬和饥饿诱导的自噬。此外,过表达E46K突变体α-syn可抑制泛素蛋白酶体系统的功能并增强伴侣分子介导的自噬(Chaperone-mediatedautophagy,CMA)水平。二、E46K突变体α-syn在细胞内的降解途径我们的研究发现,在PC12稳定株细胞中,E46K突变体α-syn主要通过蛋白酶体和大分子自噬途径所降解,WTα-syn主要通过蛋白酶体和伴侣分子介导的自噬(chaperon-mediatedautophagy,CMA)途径所降解。此外,与WT蛋白相比,E46K突变体α-syn在PC12细胞内的降解速率显著降低。三、过表达E46K突变体αsyn对细胞的毒性作用我们的结果表明,稳定表达E46K突变体α-syn的PC12细胞表现为形态学的异常,包括形状变大和异常。在神经生长因子(NerveGrowthFactor,NGF)分化处理下,空载体组细胞出现完整的细胞突起,而转染E46K突变体α-syn的细胞对NGF的敏感性降低。此外,在分化的PC12细胞中,表达E46K突变体α-syn可增加细胞对鱼藤酮(Rotenone,Rot)刺激的敏感性,表现为细胞活力较空载体组细胞显著降低,凋亡率显著增加以及细胞内活性氧(ReactiveOxygenSpecies,ROS)水平显著升高。综上所述,E46K突变体α-syn可抑制细胞的自噬功能,其机制可能通过抑制JNK1的磷酸化导致自噬吞噬体的形成减少。其次,E46K突变体α-syn可抑制UPS功能导致多聚泛素化蛋白的聚集并代偿性升高CMA活性。而过表达WTα-syn对细胞的自噬和UPS功能均无显著影响。此外,E46K突变体α-syn与WTα-syn在降解途径和降解速率上也有所不同,前者主要通过自噬和蛋白酶体途径降解,后者主要经蛋白酶体和CMA途径降解。与WT蛋白相比,E46K突变体α-syn在细胞内的降解速率显著降低。最后,过表达E46K突变体α-syn可增加细胞对Rot刺激的敏感性。
【作者】闫加庆；
【导师】陈乃宏；
【作者基本信息】北京协和医学院，药理学，2014，博士
【关键词】帕金森病；α-syn；E46K；自噬；JNK1；

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