Eu(OH)3与MnFe2O4纳米颗粒分别通过自噬及蛋白酶体途径清除胞内亨廷顿异聚蛋白的机制对比研究

Clearance of mutant huntingtin protein aggregates is expected to cure Huntington's disease mainly caused by abnormal accumulation of mutant hungtingtin in neurons. The project applicant discovered that europium hydroxide nanorods(EHNs) and MnFe2O4 nanoparticles could accelerate the clearance of intracellular mutant huntingtin through autophagy and proteasome pathways respectively. Further study indicated that the broad-spectrum inhibitor of ubiquitin activating enzyme E1 was able to abrogate the clearance of mutant hungtingtin induced by both kinds of nanoparticles. The mainstream view indicates that the type of connection between ubiquitins from poly-ubiquitylated chain determines which kind of protein degradative pathways should be used to remove the misfolded proteins. Basing on these studies, we will firstly investigate whether these two kinds of nanoparticles bring different polyubiquitin chains(K48 or K63-linked polyubiquitin chain) onto the mutant huntingtin. Secondly, we will study which two kinds of E3 ubiquitin ligases introduce two kinds of polyubiquitin chains surronding mutant huntingtin after cells treated with europium hydroxide and MnFe2O4 nanoparticles respectively. Lastly, to find the autophagy receptor protein mediating mutant huntingtin degradation through EHNs induced autophagy, and the ubiquitin receptor protein connecting ubiqutious mutant huntingtin with proteasome after MnFe2O4 nanoparticles treatment are essential. Take together, we will uncover the molecuar mechanism how europium hydroxide nanorods and MnFe2O4 nanoparticles could respectively select autophagy and proteasome pathways to clear intracellular mutant hungtingtin.

突变亨廷顿蛋白在细胞内的异常堆积是导致亨廷顿病的主要诱因。清除神经细胞内部亨廷顿异聚蛋白有望根治亨廷顿病。申请人发现氢氧化铕(EHNs）与MnFe2O4纳米颗粒分别通过自噬及蛋白酶体途径清除胞内突变亨廷顿异聚蛋白。进一步的研究结果揭示广谱性E1泛素活化酶抑制剂能够显著抑制两种纳米颗粒引起的异聚蛋白降解。诸多研究报道显示，多泛素化链的连接方式决定了细胞选择何种降解途径清除胞内错误折叠的蛋白质。鉴于以上，我们将首先验证两种纳米材料是否引起亨廷顿异聚蛋白发生不同连接方式的多泛素化修饰（K48位或K63位连接的多聚泛素链）；鉴定或寻找决定亨廷顿异聚蛋白发生差异泛素化修饰的关键E3泛素酶；比较两种不同降解途径中，连接泛素化异聚蛋白与蛋白质降解机器（蛋白酶体或自噬体）的关键受体蛋白。进而，揭示EHNs与MnFe2O4纳米颗粒分别通过自噬及蛋白酶体降解途径清除胞内异聚蛋白的分子机制。

突变亨廷顿蛋白在细胞内的异常堆积是导致亨廷顿病的主要诱因。清除神经细胞内部亨廷顿异聚蛋白有望根治亨廷顿病。申请人发现氢氧化铕(EHNs）与MnFe2O4纳米颗粒分别通过自噬及蛋白酶体途径清除胞内突变亨廷顿异聚蛋白。揭示了广谱性E1泛素活化酶抑制剂能够显著抑制两种纳米颗粒引起的异聚蛋白降解。 多泛素化链的连接方式决定了细胞选择何种降解途径清除胞内错误折叠的蛋白质。我们进一步探讨了MnFe2O4纳米颗粒引起亨廷顿异聚蛋白发生的多泛素化修饰类型； 鉴定连接泛素化异聚蛋白与蛋白质降解机器（蛋白酶体）的关键受体蛋白； 考察了MnFe2O4纳米颗粒对泛素-蛋白酶体通路活性的影响。进而，揭示MnFe2O4纳米颗粒通过蛋白酶体降解途径清除胞内异聚蛋白的分子机制。结果显示，泛素-蛋白酶体系统，而不是自噬-溶酶体降解系统，参与MnFe2O4纳米颗粒引发的突变亨廷顿蛋白的降解。同时，我们阐述了MnFe2O4纳米颗粒可以显著增强突变亨廷顿蛋白发生K48位多泛素化修饰。ubiqinlin-1, 而不是p62/SQSTM1，作为泛素受体蛋白，参与MnFe2O4纳米颗粒突变亨廷顿蛋白的降解。 我们采用反映泛素-蛋白酶体活性的GFPu报告基因，证实了MnFe2O4纳米颗粒可显著增强泛素-蛋白酶体通路的活性。本研究结果为发展新型纳米药物用于亨廷顿病以及其他多聚谷氨酰胺疾病的治疗提供重要的依据。.我们也在项目的资助下，揭示了氧化锌纳米颗粒的引发促死亡自噬的机制。自噬过程可以加速氧化锌纳米颗粒在细胞内，释放锌离子，诱导氧自由基的产生，引发细胞死亡；氧化锌也可以与化疗药物通过诱发协同的自噬效应，增强对正常肿瘤以及耐药肿瘤的杀伤。设计构建了兼具诱发促死亡自噬能力及抑制mTOR活性的复合纳米颗粒Rapamycin@ZIF-8用于克服肿瘤耐药, 概念性验证了通过干扰mTOR通路和促进促存活到促死亡自噬的转换可实现耐药肿瘤的联合治疗。我们同时证明了自噬促进CaOx 纳米晶体诱导的细胞毒性，抑制细胞自噬有望用于肾结石引起的肾损伤。