朊病毒感染致脑组织微环境钙离子稳态变化及相关蛋白作用机制研究

Prion is an inconvenient pathogen without nucleotide causing chronic and fatal infection in the central nerve systems of humans and other species. The pivotal scientific problems in the fields of the alteration of Ca2+ homeostasis and the effect mechanisms of related proteins in brain microenviroment during prion infection are planned to be systematically analyzed from the levels of molecule, cell and tissue, and from the sides of pathogen and host, using combined the results of proteomics and transcript profiles as well as methodologies of molecular and cellular biology with the classical tools of animal experimental science. Three major research components are designed, including (1) the changing pattern of Ca2+ homeostasis and related proteins in brain microenvironment during prion infection, (2) the effect mechanisms of the dysfunction of Ca2+ homeostasis and related cellular damage in prion infection, (3) the role of the activators/inhibitors of cellular Ca2+ channel against the prion infection. Through those systematical studies from various points of views, the alteration of Ca2+ homeostasis and the mechanisms of related proteins in microenviroment during prion infection is expected to be precisely clarified. Further, our research will provide the scientific basis to better understand the pathogenic mechanisms of prion diseases.

朊病毒是一种无核酸、非常规病毒，可引起人类和其他动物中枢神经系统致死性感染。本项目拟围绕朊病毒感染脑组织微环境钙离子稳态变化及相关蛋白作用机制的科学问题，结合现代组学（蛋白质组、转录谱等）结果，采用分子/细胞生物学与传统实验动物学相结合的技术手段、从个体组织、细胞和分子层面，从朊病毒感染的不同时间节点，从病原和宿主两个方面多维度，系统开展（1）朊病毒感染脑组织微环境钙离子稳态及相关蛋白变化特点研究；（2）朊病毒感染钙离子稳态失调的机制及致细胞损伤机制研究；（3）钙离子通道抑制/激活剂对抵抗朊病毒感染的作用，进而从不同层面系统的阐明朊病毒感染中钙离子稳态变化规律及相关蛋白的作用机制，为进一步阐明朊病毒病的发病机制提供科学依据和线索。

朊病毒是一种无核酸、非常规病毒，可引起人类和其他动物中枢神经系统致死性感染。. 本项目围绕朊病毒感染脑组织微环境钙离子稳态变化及相关蛋白作用机制的科学问题，通过前期各类组学(蛋白质组、转录谱等)结果，采用分子/细胞生物学与传统实验动物学相结合的技术手段，从个体组织、细胞和分子层面，从朊病毒感染的不同时间节点，从病原和宿主两个方面多维度，系统开展朊病毒感染脑组织微环境钙离子稳态及钙调蛋白（CaM）变化特点研究；钙调蛋白在朊病毒感染患者脑脊液中含量变化特征研究；朊病毒感染钙离子稳态失调后致细胞损伤机制及白藜芦醇抗朊病毒感染研究。此外，还完成了其他几部分相关研究工作。. 本项目研究结果显示，朊病毒感染动物模型脑组织中CaM水平在感染早期开始升高，并一直维持在高水平直到末期。增加的CaM主要聚集在动物模型的皮层、丘脑和小脑区域，且CaM与NeuN阳性细胞具有很好的共定位。然而，相关激酶如CaMKII和CaMKIV及相关磷酸化形式，以及下游蛋白如CREB和BDNF在动物模型脑组织中水平降低。进一步分析显示，动物模型脑组织中CaM的亚硝基化（SNO）形式显著增加。动态分析表明，在朊病毒感染过程中，CaM的SNO形式存在时间依赖性的异常增加。钙调蛋白在朊病毒感染患者脑脊液（CSF）中含量异常升高。Logistic回归分析显示CSF中CaM与总tau蛋白水平显著相关，这些数据使CaM成为sCJD诊断的潜在生物标志物。此外，我们还发现白藜芦醇不仅具有抑制朊病毒复制的能力，而且还可以通过CAKK2/CAKIV级联提高了NGF的表达，这可能有利于大脑中的微环境的改善。. 研究成果发表论文12篇，其中英文9篇。在完成研究的过程中参与培养博士后1名、博士研究生4名，硕士研究生9名。. 本项目从基础研究、应用转化、科研论文及研究生培养方面均完成了预期目标，从不同层面系统的阐明朊病毒感染中钙离子稳态变化规律及相关蛋白的作用机制，同时增加了许多计划外研究内容，扩展了本项目的研究意义。