早老素2调控Miro/Milton复合体介导线粒体动力学失衡在阿尔兹海默病发病中的作用机制

Damage of hippocampal neurons by dysfunction of mitochondrial dynamics is the major pathological mechanism of Alzheimer's disease (AD). Improvement of mitochondrial dynamics imbalance in time should alleviate or reverse damage of hippocampal neurons. However, the mechanism of dysfunction of mitochondrial dynamics in PD is still unknown. Mitochondrial transportation system regulates the movement and distribution of Mitochondria. Miro/Milton complex is the major part of mitochondrial transportation system. Our previous study for the first time demonstrated that Presenilin2 (PS2), Rho GTP activating factor, interacts with and activates Miro/Milton complex. Furthermore, ectopic expression of PS2-siRNA or PS2-D439A induced abnormal distribution of mitochondria and neuron gamage in AD models. Our findings indicated that PS2, as a regulator of mitochondrial dynamics, induces hippocampal neurons damage in AD. In this research, we plan to demonstrate the mutation or deletion of PS2 inducing dysfunction of mitochondrial dynamics via inactiving Miro/Milton complex in AD. Moreover, we try to find the specific pathogenic mechanism of PS2 by starting at dysfunction of mitochondrial dynamics, and give new insight into inhibiting or reversing the progression of AD.

线粒体动力学失衡介导海马神经元损伤是阿尔兹海默病（AD）的重要病理机制。及时恢复线粒体动力学稳态，能够减轻甚至逆转神经元损伤。然而AD中线粒体动力学失衡的调控机制迄今不明。线粒体运输系统调控线粒体的运动分布，Miro/Milton复合体是其中的重要组分。项目前期研究首次发现：Rho GTP酶的活化因子早老素2（PS2）能够结合并激活Miro/Milton复合体；AD模型中PS2的突变或缺失诱导线粒体运动分布异常及神经元损伤。以上结果提示：PS2做为线粒体动力学失衡的调控蛋白介导AD神经元损伤。本项目拟通过体内体外研究阐明：PS2突变及缺失通过抑制Miro/Milton复合体活性，介导线粒体动力学失衡，导致AD神经元损伤。试图以线粒体动力学失衡介导神经元损伤为切入点，探索PS2的致病机制；为延缓甚至逆转AD病程进展提供方向。

线粒体动力学是线粒体分裂、融合和转运过程的总称，其在维持线粒体形态、数量、分布和功能正常等方面具有重要作用，线粒体动力学失衡介导海马神经元损伤是阿尔兹海默病（AD）的重要病理机制。及时改善线粒体动力学失衡，可减轻或逆转海马神经元的损伤。线粒体RhoGTP酶（Miro）定位于线粒体膜外膜，包含两个GTP 酶结构域，是调控线粒体向特定亚细胞位置运输的重要机制。有研究表明PS2可以与一个小的GTPase Rab11相互作用，而PS2突变是否通过影响Miro2的活性而介导线粒体动力学失衡还最终导致AD神经元损伤尚未被研究。. 本研究采用免疫荧光及免疫共沉淀实验发现了PS2与Miro2存在相互结合。我们采用pull-down实验确定了PS2与Miro2的结合结构域，在该段结构域中包含Miro的其中一个GTP 酶结构域。本研究发现PS2 能够激活Miro 的GTPases的活性，上调PS2表达导致Miro蛋白活化，当PS2D439A突变后PS2与Miro2相互结合作用减弱，且PS2D439A突变导致Miro2的活性及表达显著降低。在Aβ1-42 诱导的AD细胞模型中，PS2-D439A过表达导致线粒体网络结构破坏及核周聚集，出现线粒体功能障碍，细胞活力显著降低且细胞凋亡明显增多。该研究以线粒体动力学失衡介导神经元损伤为切入点，探索了PS2的致病机制，为延缓甚至逆转AD病程进展提供方向。同时我们利用RNA-seq技术在全基因组转录水平检测PS2基因敲低前后的转录组变化情况，构建ceRNA调控网络，进一步探索PS2导致线粒体动力学失衡等作用机制在AD发病中的作用。. 此外从线粒体动力学失衡的角度出发，我们探索了阿魏酸药物治疗可能通过修复线粒体动力学失衡继而改善AD小鼠学习记忆障碍以及发挥神经元保护的作用。最后根据临床需要，我们还探索了血浆和尿液外泌体的形态和数量和其中经CD63标准化的P-S396-tau和Aβ1-42的水平探索其在AD早期诊断中的应用价值，我们发现AD患者血浆及尿液外泌体中P-S396-tau和Aβ1-42的水平显著高于匹配的健康对照组。来自AD患者血液的外泌体更大，数量更少，而AD患者的尿液外泌体的数量较多，这些数据可能为AD的早期诊断提供一定的依据。