Parkin和KIF5A在帕金森病基因LRRK2线粒体动态平衡紊乱中的作用机制

Mitochondria dysfunction plays an major role in the neurodegeneration in parkinson's disease (PD). Mutations in Leucine-rich-repeat-kinase 2 (LRRK2), are the most common genetic causes in both familial and sporadic PD. LRRK2 is partially localized in mitochondria. LRRK2 has kinase and GTPase activities and scaffolding functions. RRK2 mutants can induce mitochondrial dynamic dyshomeostasis. Among our previously identified LRRK2 interactors, Parkin and KIF5A are mainly involved in mitochondria dynamic homeostasis. Parkin participates in mitochondria dynamics through the mitochondrial quality control mechanism. KIF5A, a neuronal kinesin of kinensin-1 family, is responsible for transportation of mitochondria from cell body to distal areas. In our preliminary studies, we demonstrated that different mutations/variants caused different mitochondria dynamic dyshomeostasis, suggesting that LRRK2 induced mitochondria dynamic problem through a complex multiple pathway mechanism. We further found that overexpression of KIF5A attenuated LRRK2-induced mitochondria dynamic dyshomeostasis. Therefore, we propose to study the role of Parkin and KIF5A in LRRK2-induced mitochondria dynamic dyshomestasis in cell and fly models. We believe that our proposed study is likely to provide insight in pathogenesis of LRRK2-related PD as well as other forms of PD and may identify new therapeutic targets.

线粒体障碍是运动障碍病帕金森病（PD）神经元变性的重要机制。LRRK2基因突变是目前PD最常见的遗传性病因。LRRK2突变导致线粒体动态平衡紊乱，包括形态异常及转运障碍。LRRK2不同变异位点产生紊乱类型不同，提示可能累及不同的信号通路。Parkin和KIF5A是我们发现的LRRK2相关结合蛋白，两者都是参与维持动态平衡的重要分子，其中Parkin负责形态维持而KIF5A负责转运。两者病变都可导致神经元变性。我们前期工作发现LRRK2抑制Parkin功能，初步研究表明增强KIF5A可改善线粒体动态平衡紊乱。本课题拟以细胞及转基因果蝇为模型，采用基因转染、RNA干拢、生化及病理技术，观察线粒体的动态变化及神经变性。研究Parkin和KIF5A相关通路在LRRK2线粒体动态平衡紊乱中的作用，为探讨LRRK2致病机制及携带不同LRRK2变异位点的PD病人的个体化治疗研究提供一种新思路。

帕金森病(PD)是中枢神经系统变性疾病。中脑黑质-纹状体区多巴胺能神经元进行性丢失是其病理特征性改变。目前认为PD是一个环境因素与遗传因素相互作用的复杂疾病。LRRK2基因突变是目前PD最常见的遗传性病因。线粒体障碍是帕金森病神经元病变的主要病因。我们在前期的基础上针对Parkin和kinesin 5A及其相关通路在LRRK2致病机制进行了研究,。我们根据计划首先建立了包括酵母、线虫及原代细胞模型。利用这些模型研究了中国人常见的突变体的线粒体紊乱。发现中国人常见的危险性变异均出现线粒体形态改变及增加自噬。定点突变抑制激酶活性可以挽救这些表型。证明线粒体紊乱是LRRK2的共同通路。我们发现Parkin能减轻LRRK2的自噬及减少线粒体的氧自由基的生成。并发现新的PD线粒体致病基因CHCHD2能够挽救LRRK2的毒性。这些结果提示线粒体紊乱所致的氧化应激是LRRK2细胞毒性的重要机制。利用线虫模型我们发现氧化应激毒性是由于LRRK2抑制DAF-16从细胞质转入细胞核所致。表达14-3-3可挽救LRRK2的表型。提示14-3-3蛋白可能是LRRK2PD药物研究的新靶点。我们利用人脑标本发现KIF5A与LRRK2共定位在帕金森病人脑片中形成聚集体，提示KIF5A参与LRRK2的病理生理过程。在细胞模型中发现，KIF5A可减轻LRRK2的线粒体形态紊乱及自噬。本研究为发现LRRK2的致病机理及新治疗靶点提供基础。在研期间，我们共发表论文SCI论文12篇，其中两篇影响因子大于5分，完成目标。