糖原合酶激酶-3诱导纹状体胆碱能功能障碍的机制研究及信号网络构建

Various neurodegenerative diseases show cholinergic dysfunction in striatum, followed by dyskinesia, but the mechanism is unclear. Glycogen synthase kinase-3 (GSK-3) is an highly expressed kinase in brain and involved in pathogenesis of neurodegenerative diseases. Until now we have no idea about whether GSK-3 has relationship with cholinergic function. In the preliminary study we found that GSK-3 activation impaired choline acetyltransferase (ChAT) and reduced the acetylcholine (ACh) level, which suggested that GSK-3 could specifically regulate cholinergic function. To explore the detailed mechanism of altered ChAT activity, we will measure the ChAT protein and mRNA level and p52 transport to nucleus firstly. Then we will observe the ChAT distribution and the colocalization of ChAT with neurofilaments and protein tau. Finally we will identify the interaction protein networks and find out the key proteins modifying and regulating the ChAT activity by proteomics and bioinformatics. Our findings will verify the molecular mechanism how GSK-3 affects cholinergic function and provid us the evidence for finding the treatment target of cholinergic dysfunction in dyskinesia diseases.

许多神经系统变性病表现出纹状体胆碱能功能障碍，然而其机制并不明确。糖原合酶激酶-3（GSK-3）参与多种神经变性病病理过程，但其是否具有纹状体胆碱能调节作用尚未见报道。我们前期研究发现大鼠纹状体GSK-3激活可以通过降低胆碱乙酰转移酶（ChAT）活性从而导致乙酰胆碱（ACh）水平显著下调。在此基础上，本研究拟继续利用此模型明确GSK-3调节ChAT活性的机制：检测纹状体ChAT表达、转录水平的变化，并结合p52核内、外转运情况探讨ChAT表达水平变化的分子机制；观察ChAT在神经元内分布情况，并通过检测其与神经细丝、tau蛋白共定位探讨ChAT分布障碍的机制；利用蛋白质组学及生物信息学方法构建纹状体ChAT相互作用蛋白网络，并对结果作出验证，探索ChAT修饰调节的机制。所获结果可以明确GSK-3调节纹状体胆碱能功能障碍的分子机制，并为寻找神经系统变性病胆碱能障碍治疗靶点提供依据。

许多神经系统变性病表现出纹状体胆碱能功能障碍，然而其详细机制并不明确。糖原合酶激酶-3（GSK-3）参与多种神经变性病病理过程，但其是否具有纹状体胆碱能调节作用尚未见报道。我们前期研究发现大鼠纹状体中GSK-3激活可以通过降低胆碱乙酰转移酶（ChAT）活性从而导致乙酰胆碱（ACh）水平显著下调。在此基础上，本研究继续利用此GSK-3激活模型模型，明确GSK-3调节ChAT活性的机制：侧脑室注射Wortmannin和GF-109203X 及联合注射GSK-3抑制剂SB216763 24h后，与假手术组比较，药物注射组蛋白水平无明显改变；但药物处理组神经元突起长度变短，分支减少，予同时注射GSK-3抑制剂后相应指标明显恢复，这说明GSK-3激活可以诱导大鼠纹状体胆碱能神经元中ChAT的分布异常。另外我们也对相应纹状体组织进行蛋白质组学分析，发现与ChAT相互作用的45种蛋白，其中9种蛋白水平有明显改变。目前我们仍在继续对9种检验出的明显水平改变的蛋白作进一步的验证工作。所获结果可以明确GSK-3调节纹状体胆碱能功能障碍的分子机制，并为寻找神经系统变性病胆碱能障碍治疗靶点提供依据。