突变型朊蛋白致病机理

Prion diseases are a group of neurodegenerative illnesses that can be infectious, inherited, and sporadic. Inherited prion diseases derived from mutations in the prion protein (PrP). The cellular mechanism of inherited prion diseases is not clear but it is likely that mutations altered the conformation of the proteins. In some experiments, PrP mutants behave like scrapie prion protein (PrPSc) to form aggregates and be resistant to PK digestion. However, no evidence shows that PrP mutants are infectious. Based on our previous results that prokaryotic expressed PrP mutants have a more exposed N-terminus and middle domain spanning from amino acids 109-136., and bind more GAGs, we hypothesize that conformational change and stronger GAGs binding might be the mechanism for this type of prion diseases. We would like to test our hypothesis from the following aspects: (1) Whether or not mutants and cellular prion protein (PrPC) are different in conformation. (2) Are there binding distinctness between mutants and PrPC to GAGs? (3) What differentiates the signal transduction pathways when mutants and PrPC bind GAGs? Our research will facilitate understanding of the mechanism of prion diseases.

朊病毒疾病分为传染型、遗传型和随机偶发型，其中遗传型是由于朊蛋白突变而致。虽然朊病毒的构象还不明确，但是已知它不同于正常朊蛋白。通过对原核表达的突变型朊蛋白的研究表明这类蛋白的构象异于正常朊蛋白。在特定条件下，突变型朊蛋白会像朊病毒一样形成聚合体或具有蛋白水解酶K的抗性，虽然没有证据表明这些突变蛋白具有传染性。这些研究表明突变型朊蛋白的性质更接近于朊病毒。基于相关研究结果，我们认为突变型朊蛋白的致病机理是该类蛋白具有更开放的中段氨基酸序列和氨基末端，其结合受体的能力不同于正常的朊蛋白，因此引起了细胞的异常信号传导而导致神经细胞的缺陷。我们将从三个方面检验该假设，（1）突变型朊蛋白和正常朊蛋白是否存在构象的差别；（2）突变朊蛋白和正常朊蛋白结合受体的能力是否不同；（3）突变朊蛋白和正常朊蛋白引起的信号传导是否不一样。我们的研究将有助于理解由朊病毒引起的神经退行性疾病的机理。

通过本项目的资助，我们比较了糖基缺陷的PrP和野生型PrP的构象的差别，脂筏定位的差异和激活细胞信号传导上的不同。我们的研究发现：CHO细胞表达的糖基缺陷PrP比野生型PrP具有更加开放的氨基端，能结合更多的GAG，并且和VEGFR2存在相互作用从而激活VEGFR2信号传导。这种相互作用依赖于PrP氨基端的GAG结合域KKRPK和GAG，以及PrP的脂筏定位。缺失KKRPK的糖基缺陷型PrP不能激活VEGFR2信号通路；GAG消化酶处理GAG后也可以降到VEGFR2信号通路；将糖基缺陷的PrP的GPI anchor置换成CD4的跨膜域后VEGFR2信号传导也明显下降。我们进一步证明了糖基缺陷型PrP的生理学功能是促进细胞的迁移。值得的注意的是：糖基缺陷型PrP激活VEGFR2信号通路在小鼠的神经细胞中却不能激活VEGFR2信号通路，相关的机制正在研究中。.此外，我们对于PrP形成二聚体的机制进行了研究。PrP二聚体的形成是PrP聚集体产生的限速步骤和PrPSC产生神经毒性的重要原因。我们发现PrP的氨基端存在抑制二聚体形成的motif。这个motif中的氨基端突变和PrP神经退行疾病相关。此外我们也发现了突变型PrP可以形成更多的二聚体。二聚体的形成是分子间二硫键通过C179-C214所形成的。而形成二聚体的重要分子学基础是带正电荷和带负电荷的氨基酸之间的相互作用。