朊蛋白的细胞膜定位与其构象转变的关系

根据 "Prion"学说，朊蛋白类疾病是因蛋白质构象转变引起的疾病，目前该学说已经基本被证实。但是，在体内，正常的朊蛋白PrPC是如何通过构象转变而成为致命的朊病毒PrPSc的，关于其中的机理却知之甚少。..在原有工作基础上，我们提出如下构象转变模型：（1）朊蛋白与细胞脂膜的相互作用在这个过程中起到关键的作用；（2）朊蛋白的构象转变并不局限在脂筏区（Raft），也可以在非脂筏区（Non-raft）发生。..本项目是设计一个实验：将正常情况下定位于Raft区域的PrP分子移出，到达细胞膜的Non-raft区域， 然后通过检测该Non－raft定位的PrP分子是否可以转变成PrPSc，来验证我们的理论模型。具体，我们将从细胞和动物两个不同的水平来进行实验。..该项目的顺利完成，将有助于回答该类疾病发病机理的核心问题，即朊蛋白构象转变以及后续病理变化的分子机制。

本项目提出了一个新的PrP构象转变模型：PrPC作为一个GPI锚定分子，主要定位于细胞膜的“Lipid raft” 区域内，细胞质膜Raft区域存在抑制PrP分子与细胞表面脂分子的相互作用的机制，而细胞表面脂分子在促进PrP分子构象转变方面具有重要作用。本项目通过在PrP的C端用一段Qa分子的穿膜区替代PrP分子中的GPI锚添加信号，从而将PrPC分子从Lipid raft区域移到Non-raft 区域，同时，在Qa分子和PrP分子之间之间插入一段高度灵活、易于弯曲的亲水Flag肽段，让Non-raft定位的PrP分子更容易与细胞表面的脂分子相互作用，从而更容易发生构象转变。. 本项目设计了如下三种PrP分子：（1）PrP(wild-type)；（2）PrP(1-230)-3aa-Qa;（3）PrP(1-230)-Flag-Qa。我们分别从细胞和动物两个水平对3种PrP分子的构象转变能力进行了比较。. 在细胞水平，我们证明了：（1）三种PrP分子都可以转变成PrPSc构象；（2）PrP(1-230)-Flag-Qa的构象转变能力比PrP(1-230)-3aa-Qa更强。细胞水平的结果符合我们的PrP构象转变模型。. 在动物水平，我们成功获得了1个表达PrP(1-230)-3aa-Qa的转基因鼠（Only15）和2个表达PrP(1-230)-Flag-Qa的转基因鼠（Flag6，Flag11）。在接种朊病毒后，作为对照组的PrP+/-基因型小鼠：其中接种Prion的小鼠均已发病，而接种PBS的小鼠均没有发病。作为实验组的三个杂合子转基因小鼠（Flag6，Flag11, Only15）：无论是接种Prion的小鼠还是接种PBS的小鼠，一直没有明显的发病症状，病理分析也显示没有海绵状空泡。我们分析：转基因小鼠不发病的主要原因是：外源转基因突变型朊蛋白本身的表达量过低导致的。. 总结：虽然动物水平的实验未能成功，但是细胞水平的实验结果与我们的模型吻合。说明：细胞质膜Raft区域确实可能存在抑制PrP分子与细胞表面脂分子的相互作用的机制。这对于理解该类疾病发病机理的核心问题，即朊蛋白的构象转变，具有重要意义。