散发性帕金森病中DJ-1表达异常的机制及在早期诊断中的应用

It is well-known that oxidative stress is one of the major causes of Parkinson’s Disease (PD). DJ-1 is a protein which can protect the cells from the oxidative insult. In familial PD, mutations of DJ-1 gene always cause the structural defects or instability of the protein which makes DJ-1 easily degraded, leading to the decreased level of DJ-1, subsequent loss of anti-oxidative stress function and the development of PD. Reduced DJ-1 has also been reported in sporadic PD. Because there is no change in the gene sequence, the reduction may be caused by the abnormal regulation of protein expression. Protein expression is mainly regulated in the transcriptional, post-transcriptional and translational processes. The transcriptional and post-transcriptional regulations are especially important for the normal protein expression, in which the activation of promoter, epigenetic modifications and microRNA regulation are considered to be the key factors in the regulation. Therefore, the aim of our project is to find out the regulatory mechanisms underlying DJ-1 expression and their changes in sporadic PD from these three aspects. Furthermore, we will explore the possibility of using the above regulators as novel biomarkers in the early diagnosis of PD. Since sporadic PD accounts for 90% of cases of the disease, this project is considered to be of both great scientific importance and potential clinical application..

氧化应激与帕金森病（PD）的发生密切相关，DJ-1是细胞内一重要的抗氧化应激蛋白。家族性PD中DJ-1基因的突变可引起蛋白结构的缺失或增加蛋白的不稳定性而使其易被降解，导致DJ-1蛋白水平下降、抗氧化应激功能丧失和PD的发生。散发性PD中也存在着DJ-1蛋白水平的降低，但由于不存在DJ-1基因的异常，因此，散发性PD中DJ-1水平下降的主要原因可能是其表达调控的异常。蛋白表达的调控主要有转录水平、转录后水平及翻译水平的调控，其中转录水平、转录后水平的调控是蛋白表达调控的重要环节，基因启动子活性的调节、表观遗传学修饰、microRNA对表达的调控在上述环节中发挥关键性作用。因此，本项目将从上述三方面探讨DJ-1的表达调控机制及其异常在散发性PD发病中的作用，并探讨这些调控因素的改变作为PD早期诊断生物标记物的可能性。由于PD中90%为散发性，故本课题的开展具有重要的科学意义和临床应用价值。

氧化应激损伤神经元是PD的重要致病机制之一。DJ-1蛋白具有抵抗氧化应激等神经保护作用。编码DJ-1的基因PARK7是帕金森病（PD）的一个致病基因。从家族性PD患者发现的DJ-1的致病性突变可导致DJ-1表达量下降，这削弱了DJ-1的抗氧化应激能力。多项研究表明，DJ-1的表达在散发性PD患者中脑黑质中表达也存在显著下降，这也同样促进了PD的发生。由于散发性PD患者并不存在DJ-1的突变，所以散发性PD中DJ-1表达下降的原因可能由它的表达调控异常所引起。本项目从基因表达的转录调控以及转录后调控两个阶段探讨了DJ-1表达调控机制。.第一部分中，我们鉴定了DJ-1启动子的关键调控区域，并且预测了能结合在其上的转录因子。经过筛选与验证，发现了转录因子CREB1可以结合DJ-1的启动子，并调控DJ-1的表达。在PD相关的氧化应激模型中，我们发现CREB1参与DJ-1了的抗氧化应激功能。我们还发现，CREB1的mRNA水平在PD患者的PBMC中有降低。.第二部分中，我们通过各种抑制谱的去乙酰化酶抑制剂（HDAC）的筛选，发现I类的HDAC的抑制剂可以增加DJ-1的转录，但是并不能显著增加DJ-1的蛋白表达，此外，HAT处理对DJ-1的表达也不能显著降低DJ-1的蛋白表达，因此组蛋白乙酰化并不是DJ-1表达的主要调控机制。.第三部分中，我们结合生物信息学预测与miRNA芯片的结果以寻找调控DJ-1且在PD中表达改变的miRNA，通过实验筛选验证，发现miRNA-4639-5p能结合DJ-1的3’UTR，并抑制DJ-1的表达。并且，miR-4639-5p可以通过抑制DJ-1的表达而加剧氧化应激对细胞的损伤。我们还发现miR-4639-5p在PD患者的血浆中表达呈疾病特异性增高。后续外泌体的分离实验表明，miR-4639-5p主要来源于中枢神经系统。.本项目的结果揭示了PD患者中DJ-1表达异常的原因。这有助于进一步作PD干预的研究，还提供了新的PD早期诊断标志物，因此兼具科学价值与临床应用价值。