RAB39B功能缺失导致帕金森疾病的机制研究

Both protein trafficking dysregulation and autophagy impairment play important roles in the pathogenesis and development of Parkinson’s disease (PD). But the detailed mechanism has yet to be completely elucidated. The RAB39B gene locates on X chromosome and belongs to the RAB GTPase gene family that encodes proteins important for protein trafficking regulation. However, the function of RAB39B remains elusive. Recently it has been found that loss-of-function mutations in the RAB39B gene can cause X chromosome-linked PD as well as intellectual disability. Herein, we will focus on the mechanism underlying RAB39B deficiency-caused PD. At cellular level, we will investigate the effects of RAB39B deficiency and overexpression on neuron morphology and function, on protein trafficking and downstream signaling pathways of dopamine receptors, and on autophagy, especially autophagy that degrades alpha-synuclein and mitochondrial autophagy (mitophagy). Moreover, we will determine PD-related pathologies and behaviors in Rab39b knockout (KO) mice that we generated recently. We will challenge these mice with MPTP to study whether RAB39B is required for MPTP-induced PD-related pathologies and behaviors. Finally, we will cross Rab39b KO mice with alpha-synuclein transgenic mice to study whether RAB39B deficiency deteriorate alpha-synuclein pathologies and PD-related behaviors in alpha-synuclein transgenic mice. These studies shall reveal the mechanism underlying RAB39B mutation-induced disease pathogenesis, providing insight into PD treatment strategies targeting RAB39B.

蛋白转运异常和自噬受损在帕金森病PD发病中起着重要作用，但具体机制尚待阐明。RAB39B位于X染色体，属于参与蛋白转运的RAB GTPase基因家族成员，但功能未知。最近发现RAB39B的功能缺失突变会导致X染色体相关的PD和智力障碍。在此，我们将利用构建好的Rab39b敲除小鼠，聚焦探讨RAB39B缺失在PD过程中的功能作用。包括在细胞水平上研究RAB39B的缺失以及过表达对于神经元形态和功能的影响、对于多巴胺受体的转运及其信号通路的干扰、以及对于自噬特别是alpha-synuclein的自噬降解和线粒体自噬的影响；在动物水平上研究Rab39b敲除小鼠自身的PD相关行为异常和病理变化、探讨Rab39b缺失是否参与MPTP诱导的PD症状以及在alpha-synuclein转基因小鼠中恶化alpha-synuclein病理症状和动物行为异常。研究结果将确定RAB39B突变导致PD的分子机制。

RAB39B位于X染色体，属于参与调节蛋白转运的RAB GTPase基因家族成员，但其功能未知。最近发现RAB39B的突变会导致X染色体相关的智力障碍、自闭行为和帕金森疾病（PD）。本项目提出研究RAB39B的功能及其突变导致疾病、特别是PD的分子机制。我们构建了Rab39b基因敲除小鼠并开展了多种行为学研究，结果发现Rab39b基因敲除小鼠表现出明显的学习记忆损害和部分的社交行为异常，但是没有表现出类似PD相关症状的运动障碍。我们也探讨了RAB39B是否会影响MPTP诱导的PD相关疾病症状，但是结果发现RAB39B的缺失并不会进一步恶化MPTP导致的PD相关症状。因此我们侧重研究了RAB39B突变引起认知功能障碍的作用机制。电生理学研究显示Rab39b基因敲除小鼠出现突触功能的损害。此外，Rab39b缺失还导致了神经元形态的异常和NMDA受体在PSD的分布减少，提示Rab39b基因敲除小鼠的神经和行为损伤可能是由于NMDA受体异常所引起的。相关机制研究还发现RAB39B参与自噬调节，Rab39b基因敲除会造成自噬通路异常，而给予Rab39b基因敲除小鼠雷帕霉素不仅促进小鼠大脑中的自噬通路，还可以部分改善小鼠的认知记忆。由于包含RAB39B基因在内的染色体重复同样会导致智力和发育障碍，我们也探讨了过表达RAB39B对于小鼠学习记忆的影响，结果发现过表达RAB39B同样会损害小鼠的学习记忆和社交行为，而对于小鼠的运动功能没有明显影响。过表达RAB39B同样也损害了神经元的突触功能和自噬的稳态。由于Rab39b基因缺失小鼠表现出的认知功能障碍与阿尔茨海默病(AD)的症状相似，我们也探究了RAB39B是否可能参与AD。初步研究发现RAB39B会调节与AD密切相关的小分子蛋白多肽Abeta的生成，而这可能是由于RAB39B能够调节剪切Abeta前体蛋白APP产生Abeta的beta-分泌酶BACE1在细胞中的定位而导致。这些结果暗示了RAB39B在AD疾病中的可能参与，为今后的更深入研究奠定了基础。在项目支持下，发表标注项目资助的论文16篇。