MARK2通过调节微管相关蛋白介导Nogo-66抑制轴突生长

The mechanism of Nogo-66 inhibiting axon outgrowth is not fully known. We previously found that increasing of Calcium and GSK-3β activation took part in Nogo-66 inhibiting axon outgrowth. Nervertheless, almost totally inhibiting GSK-3β activity only partly ameliorated the inhibition of neurite outgrowth induced by Nogo-66. This indicate another kinase pathway except for GSK-3β. It is known that axon elongation depends on action of microtube associated-proteins, which are regulated by lot of kinases. Microtubule affinity-regulating kinase 2 (MARK2) can regulate the activity of the microtubule-associated protein to further affect axon outgrowth. Our preliminary experiments showed changes of MARK2 acitvity after Nogo-66 added in N2a neurons. Moreover, a number of evidence indicates that MARK2 must be invloved in mechanism of Nogo-66 inhibiting axon outgrowth. To prove the fact that MARK2 is involved in the mechanism of Nogo-66 inhibiting axon outgrowth,we will analyze the change of MARK2 activity after Nogo-66 inhibiting axon growth and investigate the effect of MARK2 on activity of microtubule-associated molecules and axon outgrowth. This study will be important to exposit the mechanism of Nogo-66 inhibiting axon outgrowth.

Nogo-66抑制中枢神经轴突生长的机制尚未被完全阐明。申请者前期研究发现，钙离子升高和糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)参与Nogo-66抑制轴突生长的机制；但几乎完全抑制GSK-3β只能部分解除Nogo-66的轴突抑制作用，提示存在其它激酶通路。已知轴突的生长依赖微管相关分子的作用，微管相关分子受多个激酶调控，微管亲和力调节蛋白2 （MARK2）具有调节微管相关蛋白的活性，调控轴突生长的作用；有预实验提示Nogo-66作用于神经元后MARK2磷酸化水平有改变。另多项依据表明，MARK2可能参与Nogo-66抑制轴突生长的机制。申请者拟从检测Nog-66抑制轴突生长后MARK2的活性改变、MARK2对微管相关分子活性的影响、以及MARK2对突起生长的影响等方面来证实MARK2参与Nogo-66抑制轴突生长的机制。该研究对于深度揭示Nogo-66抑制中枢神经元轴突生长的机制有重要意义。

一 研究背景.Nogo-66抑制中枢神经轴突生长的机制尚未被完全阐明。申请者前期研究发现，钙离子升高和糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)参与Nogo-66抑制轴突生长的机制；但几乎完全抑制GSK-3β只能部分解除Nogo-66的轴突抑制作用，提示存在其它激酶通路。微管亲和力调节蛋白2 （MARK2）具有调节微管相关蛋白的活性，调控轴突生长的作用；MARK2可能参与Nogo-66抑制轴突生长的机制。..二 研究内容.分为以下4个方面：.1 研究在Nogo-66抑制轴突生长中的MARK2激酶活性变化情况；.2 研究Nogo-66抑制轴突生长中MARK2对的微管相关分子tau蛋白和MAP1B的调控作用；.3 研究MARK2对微管蛋白的稳定性和Nogo-66抑制轴突生长的影响；.4 从组织水平来证实MARK2与Nogo-66抑制神经元突起生长有关。..三 重要结果.1 我们证实了立体定向注射shRNA GSK-3β-腺相关病毒（GSK-3β-AAV）减少脊髓空洞症和促进脊髓损伤（SCI）后的轴突再生。确定了注入感觉运动皮层的正确位置。.2 MARK2在克服Nogo-66诱导的神经元轴突生长抑制中的关键作用。MARK2的药理学激活剂可能适用于在许多类型的CNS损伤之后促进成功的轴突生长。.3 tau在S262位点去磷酸化能够调节Nogo-66信号传导，并且tau的过表达可以消除Nogo-66介导的在体外抑制神经轴突生长。.4 通过对cAMP消除Nogo-66抑制神经元轴突再生的内在机制，本研究揭示了一个以前未知的机制，通过该机制，可以解除Nogo-66的神经轴突抑制作用，并提供新的促进神经再生的靶点。..四 关键数据.1 Nogo-66抑制总MARK2的表达，但也下调MARK2的Ser212位点磷酸化，而MAP1-b和tau的水平依赖于MARK2过表达或减少的水平。.2 Nogo-66短暂地升高Tau总蛋白水平，并持续降低了p-S262 tau（丝氨酸262磷酸化的tau）的水平，而对p-T205 tau（苏氨酸205磷酸化的tau）的水平几乎没有影响。.3 cAMP / PKA / CREB可促进PKB /Gsk3β信号的磷酸化 并消除Nogo-6导致的神经突生长抑制作用。..五 科学意义.为寻找一个最佳的阻断髓鞘分子抑制轴突生长的通路节点提供理论依据。