α-突触核蛋白聚集体干扰多巴胺能神经元线粒体动态及其机制研究

Parkinson's disease (PD) is one of the most common neurodegenerative diseases in human, which affects more than 1% of people over the age of 60. The pathogenesis and mechanism underlying PD is not yet clear, which has set obstacles for discovering efficient PD curing methods. α-Synuclein abnormal aggregation and accumulation in cells is the major pathological feature of PD. Aggregated forms of α-synuclein can induce multiple aspects of cellular dysfunction including mitochondrial dysfunction. Mitochondria are the main energy machineries of neurons. Effective mitochondrial dynamics is important for the maintenance of normal mitochondrial distribution and morphology, therefore ensures sufficient mitochondrial respiration and cellular energy metabolism. In PD, it has been reported that mitochondrial function is inhibited in different aspects. Therefore, in this proposal, we plan to investigate the effects of aggregated α-synuclein on mitochondrial dynamics, including mitochondrial fusion, fission and motility. In addition, we will study the mechanism underlying the possible dynamic changes caused by α-synuclein aggregates. By investigating the PD mechanism of mitochondrial dysfunction, we intend to provide a clearer understanding of PD disease progression and set the base for seeking mechanism targeting therapies.

帕金森病(PD)是主要发生于老年人群的以黑质多巴胺能神经元变性死亡为主要特征的神经退行性疾病，α-突触核蛋白(α-Syn)的异常聚集是导致神经元变性的主要原因。近期研究表明，在PD发病过程中聚集的α-Syn可诱导线粒体功能异常，但其机制不清。我们的前期工作发现，α-Syn聚集体能降低线粒体的轴突运输速度，增加处于静止态的线粒体比例。基于此，本项目提出的工作假说是：α-Syn聚集体可能通过干扰线粒体相关膜(MAM)结构，扰乱线粒体的正常动态；通过干扰线粒体的融合与分裂过程导致其形态异常；通过阻碍线粒体的轴浆运输，使其分布异常引起神经元相关功能障碍。本项目拟以人iPSCs细胞和BAC-α-Syn-GFP转基因小鼠为主要模型，结合荧光成像和分子生物学等手段，从线粒体动态异常入手，系统研究α-Syn参与PD发生发展的分子机制，为寻找α-Syn新的作用靶点以及以此为基础的PD防治新策略提供理论基础。

帕金森病（PD）是以中脑黑质致密部多巴胺能神经元进行性凋亡和α-突触核蛋白（α-syn）细胞质内异常聚集为病理特征的一类常见神经系统退行性疾病。研究表明，α-syn病理性聚集是引起细胞结构功能障碍并最终诱导神经元死亡的主要原因之一。线粒体作为神经细胞主要的供能单位也受到α-syn毒性的影响，然而其机制尚不明确。基于此，本研究提出假说：α-syn可以通过影响线粒体相关内质网膜结构（MAM）和蛋白组成诱导线粒体形态和功能的变化。本研究首先利用电子显微镜成像和转盘共聚焦揭示了α-syn对线粒体融合过程的抑制作用，诱导线粒体碎片化从而呈现缩短的长短轴和减小的面积。而后，应用活细胞成像技术本研究观察到α-syn纤维作用下，线粒体轴浆运输明显减慢且处于静止状态线粒体占比明显增高，提示线粒体活力减弱。再者，在高分辨率细胞呼吸测定技术检测下，α-syn纤维可以通过抑制线粒体复合物I的功能降低线粒体有氧呼吸效率。最后，通过对MAM结构的观测，我们发现α-syn纤维的处理显著增大了内质网和线粒体间的物理距离，并且降低了线粒体融合蛋白mitofusin和线粒体转膜蛋白Tom40的表达。PD发生和进展过程中存在线粒体异常的细胞功能变化，然而PD主要病理表现α-syn聚集与关键细胞生物学特征线粒体功能异常之间的联系尚不清楚。揭示α-syn诱导的线粒体改变可能是找到PD发病机制和潜在干预靶点的重要途径。综上所述，本项目全面地揭示了α-syn纤维诱导细胞和组织线粒体形态、转运和功能异常的毒性作用，同时也提出了α-syn线粒体毒性作用的可能机制，即抑制线粒体和内质网相互连接和下调MAM结构中调节线粒体稳态的相关蛋白表达。此项目研究成果不仅为揭示PD发病机制提供了依据，也为发展潜在的以病理机制为靶向的干预方法打下了基础。