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课题三：自噬对多巴胺神经元损伤的调控 课题编号：2011CB510003 课题负责人：秦正红 参与单位：苏州大学 中国科学院上海生命科学研究院 (-synuclein蓄积增加。增强自噬活性能促进α-synuclein降解，降低MPTP和rotenone的神经毒性，提示自噬功能的正常对DA神经元存活至关重要。溶酶体酶参与自噬的降解过程，PD患者黑质DA神经元内cathepsin L升高；在PD模型大鼠中发现cathepsin L抑制剂能延缓DA神经元缺失。另外，HDAC6，DRAM1及p38a等在调节自噬活性、α-synuclein降解和DA神经元存活中具有重要作用。课题组已发表SCI研究论文11篇，正在发表中的论文2篇，出版国内第一部自噬专著，培养4名省级优秀博士学位论文。 研究目标： 自噬是细胞内蛋白质和细胞器质控、衰老细胞器清除的主要途径之一。近来的研究表明：多个与家族性PD相关的基因, 包括alpha-synuclein、 Parkin、PINK1、DJ-1、和LRRK2, 参与自噬途径。这些研究说明自噬在PD发病机制可能发挥重要作用。本课题着重解决的科学问题是：自噬是否和怎样保护DA神经元应对基因突变和环境毒素？自噬是通过什么分子机制调节异常蛋白沉积和DA神经元生存？自噬机制可否作为神经保护的治疗措施？根据这些科学问题，我们将研究自噬在PD相关遗传因素和环境毒素引起的异常蛋白聚积和线粒体功能障碍过程中的作用；分解p53-DRAM和p38α信号通路对DA神经元自噬和生存的调节； 阐明溶酶体酶cathepsin L在DA神经元损伤中的关键作用；探讨通过改变自噬活性预防PD的可能性。 研究内容： 1、自噬清除异常蛋白积聚对DA神经元的保护作用： A. 路易小体是PD的病理特征之一。alpha-synuclein是路易小体的主要组成成分。过去的研究认为alpha-synuclein的折叠异常和降解减少可能是其在细胞内聚积的机制之一。本实验将探讨自噬在alpha-synuclein代谢性中的作用； A1. 研究自噬在正常alpha-synuclein和PD疾病突变体A53T代谢性中的作用和年龄对自噬介导的alpha-synuclein代谢的影响。观察自噬抑制剂（3-MA）和激动剂（rapamycin）对alpha-synuclein水平和在细胞内聚积的作用。体外实验将使用表达正常和突变alpha-synuclein的PC12细胞。体内实验选择不同年龄的表达正常和突变alpha-synuclein转基因小鼠(课题五提供)； A2. 探讨Parkin和PINK1在自噬介导的alpha-synuclein代谢中的作用。近期的研究表明PD相关基因Parkin、PINK1和 LRRK2 参与调节细胞内损伤线粒体的自噬和清除。我们将利用 Parkin KO或PINK1 KO小鼠研究Parkin和PINK1对自噬介导的alpha-synuclein代谢的调节作用。Parkin KO或PINK1 KO小鼠由课题五提供； B. 自噬在环境毒素造成的异常蛋白积聚中的作用： 研究环境毒素（MPTP）、鱼藤酮和金属离子铁对自噬介导的alpha-synuclein代谢的影响。观察环境毒素是否改变正常和突变alpha-synuclein转基因小鼠DA神经元中的自噬活性。探讨这种改变与alpha-synuclein细胞内聚积和线粒体功能的关系。发现Parkin和PINK1这些过程中的作用； C. 研究自噬和蛋白酶体的相互作用对alpha-synuclein代谢的影响。利用蛋白酶体抑制剂Lactacystin、MG132等研究蛋白酶体对自噬功能的调节。同样，观察抑制或激活自噬对蛋白酶体功能的影响。并研究这些调节是否改变alpha-synuclein在DA神经元内的蛋白水平和可能的沉积。 2、研究自噬在遗传因素和环境毒素致DA神经元线粒体功能障碍中的作用。近来的研究表明多个与家族性PD相关的基因, 包括alpha-synuclein、Parkin、PINK1、DJ-1、和LRRK2,参与自噬途径。在果蝇中，Parkin和PINK1是维持线粒体正常结构和功能的必需蛋白。事实上，有实验证明Parkin、PINK1和 LRRK2 参与调节细胞内损伤线粒体的自噬和清除。 A. 研究alpha-synuclein、Parkin KO和PINK1 KO所致的线粒体异常与自噬的关系。 观察抑制或激活自噬对alpha-synuclein转基因、parkin KO和PINK1 KO DA神经元内线粒体数目、分布和形态的影响； B. 研究环境毒素鱼藤酮和高铁引起的DA神经元线粒体异常与自噬的关系。研究鱼藤酮或高铁处理对DA神经元内线粒体数目、分布和形态的影响和自噬的影响。这些影响