Tau蛋白异常聚积损伤线粒体的分子机制及其保护策略

Abnormal accumulation of the microtubule-associated protein (tau) palys the key roles in the development of neuron degeneration and learning and memory deficits in Alzheimer's disease (AD), however, the mechanism is still not clearly understood. Our Preliminary results have shown that overexpression of human full-lenth tau induced mitochondrial elongation and perinuclear accumulation accompanied with increasing mitochondrial fussion and the levels of mitofusins (Mfns) while decreasing the level of KIAA0174, which is a autophagy-related molecule. Overexpression of KIAA0174 attenuated the increasing levels of Mfns induced by tau overexpression. These data suggest tau protein inhibits Mfns degradation and then causes mitochondrial structural and functional abnormalities through downregulation of KIAA0174. The project will further study the effects of tau on autophagosome maturation and autophagic activity in cell lines, primary cultured neurons and human tau (htau) transgenic mice. We will also investigate whether unregulation of KIAA0174 attenuates mitochondrial damage, pathogic changes and cognitive deficits of htau mice. The results will firstly disclose the mechanisms of abnormal mitochondrial dynamics and neuron degeneration induced by Alzheimer-like abnormal accumulation of tau, and upregulation of KIAA0174 attenuates tau toxicities. The research not only has an important theoretical significance, but also provides KIAA0174 as a new molecular target for drug research and development of tauopathies.

Tau蛋白异常聚积在阿尔茨海默病（AD）患者神经细胞退变及学习记忆障碍的发生发展中起关键作用，但机制尚不清楚。申请者最近的研究发现：过表达tau导致线粒体融合蛋白Mfn1和Mfn2水平升高、自噬相关分子（KIAA0174）水平降低，而同时上调KIAA0174可逆转tau引起的Mfns升高,提示tau可能通过下调KIAA0174而抑制Mfns的降解，导致线粒体结构和功能异常。本项目拟在细胞系、原代培养神经元和tau转基因小鼠，深入探讨过表达tau蛋白对自噬体成熟和活性的影响；上调KIAA0174能否逆转tau引起的线粒体损伤、改善tau转基因小鼠的相关病理改变及学习记忆障碍。研究结果将首次揭示AD样tau蛋白异常聚积如何通过损伤线粒体而导致神经细胞变性，并阐明恢复或上调KIAA0174能否逆转tau的毒性作用。不但有重要理论意义，还可为AD等tau相关疾病的药物研发提供新分子靶点。

阿尔茨海默病(Alzheimer’sdisease，AD)又称原发性老年痴呆，属于老年痴呆的一种，以严重的高级认知功能和记忆功能障碍为主要临床特征。tau蛋白的过度磷酸化和异常聚集在阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease , AD）的发病过程中发挥着重要的作用。在AD患者的脑内存在广泛的自噬性病理变化表现为各种类型的自噬泡的聚集，包括有自噬体、自噬中间囊泡、多泡小体、自噬溶酶体等自噬相关的泡状结构。而过表达htau的转基因小鼠中也出现和AD患者类似的自噬功能异常，这种表现和 AD 患者脑组织中的自噬病理变化十分相似。自噬功能的障碍则会降低自噬途径对tau的清除和降解，两者互为因果，形成恶性循环。目前关于tau蛋白是否可导致自噬障碍及其分子机制，尚未见报道。本项目探讨过表达人全长tau对自噬功能的影响及其机制，并探讨可否通过调节于其机制中的关键分子，来研究能否改善或诱导tau样的自噬障碍以及学习认知功能。. 本研究发现：（1）过表达tau蛋白能够引起细胞及整体自噬体及溶酶体不能融合，而导致自噬功能障碍；（2）过表达tau导致hIST1的mRNA和蛋白表达水平下降；（3）下调IST1蛋白介导了tau蛋白聚积所导致的自噬障碍；（4）在3 月龄C57小鼠下调IST1蛋白可导致自噬体及溶酶体不能融合，出现自噬障碍及不可溶性tau蛋白含量的增加，并引起学习记忆和认知功能障碍；（5）上调IST1蛋白逆转了tau蛋白聚积所诱导的自噬障碍；（6）上调IST1蛋白逆转了tau蛋白聚积所诱导的学习记忆与认知功能障碍，并降低不可溶性tau的蛋白含量；（7）Ist1调节自噬的机制与Ist1参与了ESCRT-III复合体的组装过程有关，tau蛋白积聚导致Ist1降低，从而引起ESCRT-III复合体组装障碍，而导致自噬体与溶酶体不能够融合，从而引起自噬异常；（8）在HEK293/tau细胞中过表达hIST1逆转tau诱导的线粒体动态异常，并改善线粒体功能。. 本研究首次揭示了tau对自噬功能的影响及机制，而且过表达 hIST1 可逆转自噬体的聚集，同时减少了细胞内不溶性 tau 的含量以及改善tau引起的学习记忆与认知功能障碍。因此可以通过对IST1蛋白的调节来改善自噬的正常运转。在临床上，对AD所具有的病理变化和认知功能的改变具有潜在的治疗意义。