组蛋白修饰调控Aβ诱导Tau蛋白表达及过度磷酸化的过程研究

Alzheimer's disease (AD) is one of the neurodegenerative diseases with the highest incidence in the world. Few effective diagnosis and treatment has been developed in the early stage. Epigenetics is an important research field to study the regulation of gene expression. Post-translational modification of histones plays an important role in the formation of AD. However, due to the complexity of this regulation process and lack of effective detective methods used in real-time, limited epigenetic results have been applied during the early diagnosis and treatment of AD. Therefore, the establishment of effective experimental methods to study the relationship between the formation of AD critical proteins and histone modifications, and to explain the related regulatory pathways, is the current hot topic. Combined CRISPR-cas9 technology and TetO-TetR system, this proposal will develop novel fluorescent imaging technique based on our living cell image platform. The study will focus on the processing study of gene expression of Aβ and hyper-phosphorylation of Tau proteins by directed imaging histone modification level in real-time. Critical histone modification sites will be identified and possible cross-talk between them will be investigated. The results could reveal important information on the regulation of histone modifications in AD. The identified histone modification sites and their associated transferases will provide useful targets for early diagnosis and treatment of AD.

阿尔兹海默症（AD）是全球发病率最高的神经退行性疾病，尚无有效的早期诊断及治愈手段。表观遗传学是研究可调控基因表达的重要学科，组蛋白翻译后修饰直接或间接的参与了AD的形成过程。由于其调控过程相对复杂，缺乏实时、有效的、定向的研究方法，导致其在AD早期诊断及治疗中的应用有限。因此，建立有效方法研究AD形成关键蛋白与组蛋白修饰之间的关系，并阐述相关调控机制，是目前AD疾病研究的热点。本项目拟在已有活细胞蛋白修饰水平检测方法的基础上，结合CRISPR-cas9技术与TetO-TetR系统，发展针对特定蛋白表达区域上组蛋白修饰水平检测方法，针对AD早期Aβ诱导Tau蛋白过度磷酸化过程进行定向、实时、可视化检测，鉴定关键修饰位点，并对多个位点间存在的互作干扰进行研究。本项目研究成果有望揭示AD发生中组蛋白修饰调控的重要信息，所鉴定位点信息及其相关转移酶将为AD早期论断以及治疗提供有利信息。

阿尔兹海默症（AD）位居神经退行性疾病发病率之首，近期研究表明，表观遗传现象，尤其是组蛋白修饰，作为目前已知的可调控基因表达的重要机制，在AD 的早期形成及演化过程中起着至关重要的作用。针对这种精细调控机制尚缺乏实时、有效的、定向的研究方法，导致AD 早期形成过程相关的组蛋白修饰信息不够完善。因此，通过建立行之有效的检测方法，鉴定与AD 形成关键蛋白相关的关键组蛋白修饰，并挖掘相关调控机制，是目前AD 疾病研究中迫切需要解决的问题，具有重要的科学及社会意义。利用基因编码 FRET 荧光探针技术，可在活细胞内实时、可视化检测组蛋白修饰水平。本项目基于前期研究中，利用该方法在蛋白修饰对细胞功能影响的研究中取得的一系列成果，及其建立的活细胞内纳米级距离观测的技术平台，设计并构建了追踪组蛋白甲基化/乙酰化修饰水平的基因编码 FRET 荧光探针，成功实现该系列探针在活细胞内对组蛋白H4R3位点甲基化水平 、H4K16位点乙酰化水平的动态实时追踪及表征。在此基础上，发现组蛋白H3K27乙酰化修饰水平对Tau蛋白磷酸化，尤其是S396位点的磷酸化水平具有正相关的调控作用。为进一步揭示组蛋白乙酰化修饰水平与Tau蛋白磷酸化水平的互作调控关系，我们进一步设计并构建了Tau蛋白磷酸化水平检测FRET荧光探针，成功在活细胞水平上实现了GSK-3β激酶调控的Tau蛋白磷酸化修饰水平的动态追踪表征。.在本项目资助下，共发表SCI文章3篇，培养硕士毕业生2名，博士毕业生2名。此外，所鉴定的组蛋白修饰位点及其相关转移酶可为 AD 早期诊断以及治疗提供有利信息，根据所鉴定位点成功构建的一系列荧光表征探针，将为AD早期诊断提供新的潜在应用工具。