硒蛋白R与凝集素的相互作用及其干预阿尔茨海默症的机制

SelR, a unique zinc-containing selenoenzyme, is tightly associated with Alzheimer′ s disease (AD); however, the role and underlying mechanism of SelR in AD remain elusive. We have previously found that SelR directly interacted with the chaperone protein clusterin (Clu), which play a key role in AD, and this protein-protein interaction could significantly reduce intracellular ROS levels in an AD model cell line. In view of above results and recent progress in SelR and Clu, we propose the hypothesis that SelR may exert its effects via Clu. In this project, molecular biological, cell biological and bioinformatics techniques will be employed to study the structure-function on the interaction of SelR and Clu, aimed to explore the underlying mechanism how SelR intervenes AD via Clu at the molecular, cellular, and oragnismal levels. The studies includes 1) SelR-Clu protein complex preparation, structural analysis and function study; 2) roles of several critical motifs and residues in SelR on its interaction with Clu and AD pathological features; 3) effects and mechanisms of SelR on AD model cell and the dependence on Clu; 4) effects of SelR expression on the learning and cognitive abilities, as well as Clu expression of AD transgenic mouse. This project will provide important information for intensive study and efficient application of SelR.

硒蛋白（SelR）作为一种含有微量元素锌的硒酶，与阿尔茨海默症（AD）密切相关，但具体机制尚不清楚。我们前期的研究发现SelR与AD关键蛋白凝集素（Clu）存在相互作用，且两者相互作用可显著降低AD模型细胞胞内ROS水平，结合相关研究进展提出SelR可能通过Clu作用AD。本项目拟采用分子生物学、细胞生物学及生物信息学等手段，围绕SelR与Clu相互作用的构效关系在分子、细胞、动物水平展开研究，探索SelR通过Clu作用AD的机制。主要研究内容包括：1）SelR与Clu复合物的制备、结构解析及其对Ab的作用；2）SelR关键结构域与氨基酸对两者相互作用及AD相关指标的影响；3）在Clu基因沉默的AD模型细胞中表达SelR并研究其对AD的作用和Clu依赖性；4) SelR在AD模型鼠脑内表达及其对AD的作用和对Clu的影响。该项目将为SelR在预防及治疗AD中的有效利用提供坚实基础。

硒蛋白R（SelR）作为一种含有微量元素锌的硒酶，可与凝集素（Clu）相互作用，参与阿尔茨海默症（AD）的过程中，但其具体作用机制尚不清楚。本项目从分子、细胞、动物三个层面上展开研究探索SelR与Clu的相互作用及作用AD的机制。主要研究内容包括：1）SelR与Clu复合物的制备及其对Aβ42的作用；2) SelR关键结构域和关键氨基酸对两者相互作用的影响；3）在Clu基因沉默的AD模型细胞中过表达SelR研究其对AD的作用；4）Clu在AD模型鼠脑内表达及其对AD的作用和对SelR的影响。重要研究结果包括：1）SelR在体外抑制铜离子介导Aβ42的聚集和细胞毒性；2）成功制备SelR与Clu复合物，发现该复合物在体外可抑制Aβ42的聚集，降低AD模型细胞胞内ROS水平；3）发现SelR主要通过其锌四面体结构域与Clu发生相互作用，且SelR中锌四面体结构的四个Cys在两者之间的相互作用中至关重要，相互作用强弱与锌四面体结构的畸变程度正相关；4）在AD模型细胞中实现了Clu基因的干扰，发现Clu基因的干扰可引起APP和Bace-1的上调，增加胞内和培养介质中Aβ的产生，还可增加Gsk-3β的活性，降低PP2A的活性、促进胞内Tau蛋白的过度磷酸化。而在Clu基因干扰的AD模型细胞中过表达SelR则可下调APP和Bace-1的表达减少Aβ的产生，并降低Gsk-3β的活性，增加PP2A的活性而抑制胞内Tau蛋白的过度磷酸化；5）通过腺病毒定点注射实现了Clu在AD模型鼠脑内的表达，发现Clu可提高小鼠脑内海马组织中SelR的蛋白表达水平及酶活性，抑制Tau蛋白的过度磷酸化，降低Aβ单体合成相关蛋白APP和Bace-1表达量来干预Aβ的形成和Tau蛋白的异常磷酸化，改善小鼠肠道微生物组成和多样性，从而有效地保护神经细胞，显著改善小鼠的学习和记忆障碍。