蛋白质羰基化修饰介导的线粒体功能损伤及其溶酶体降解机制研究

Mitochondria are the main power supplying sub-organism which keeps the bio-organism functions, especially for the brain which needs higher energy consumption. Mitochondrion dysfunction is one of the main causes of aging, neurodegenerative disease and cancer. We find protein oxidation is the main cause of mitochondria dysfunction in the liver organism, and the damaged mitochondria and lysosome are co-located in the brain of aged mouse models, but there is no report about the brain mitochondria protein changes and their oxidation analysis, as well as the degradation of damaged mitochondria by ribosome until now. We hope to utilize the normal aging mouse model and the double transgenetic mouse model Prp-hApp/hPS1, stable isotope labeling and multidimensional separation coupled with high accurate mass spectrometry identification technique, to identify the mitochondria protein expression changes and their oxidation modification changes, to further explore the damaged mitochondria degradation pathway by lysosome, and finally to supply a new view for revealing the mechanism of brain aging and neurodegenerative diseases.

线粒体是生物体提供能量的主要亚细胞器，特别是消耗能量较高的脑组织中，其蛋白质羰基化修饰与衰老、退行性病变及癌症等重大疾病的发生发展密切相关，但羰基化修饰导致的功能损伤及其降解机制研究报道较少。本课题组发现蛋白质羰基化修饰可引起严重的线粒体功能损伤，损伤的线粒体与溶酶体共定位，溶酶体相关蛋白质表达升高。因此，羰基化修饰导致线粒体功能损伤，并通过溶酶体降解可能是细胞衰老病变最主要原因之一。本研究拟利用正常衰老和Prp-hApp/hPS1双转基因痴呆症小鼠模型，结合有特色的稳定同位素标记、多维色谱分离、高精确度的质谱鉴定和系统生物学技术，系统研究不同年龄的衰老和双转基因痴呆症模型小鼠脑组织中线粒体蛋白质羰基化修饰、积聚、蛋白酶体和溶酶体活性、线粒体降解及其与细胞生存之间的关系，揭示线粒体损伤及其溶酶体降解机制，通过抑制线粒体氧化损伤维持细胞稳态，为健康衰老和靶向线粒体药物开发提供科学依据。

蛋白质羰基化修饰与线粒体功能损伤及神经细胞死亡密切相关。本课题主要利用定量蛋白质组学技术对蛋白质羰基化修饰与线粒体功能损伤引起的神经细胞死亡机制进行了研究。针对蛋白质组的复杂性和翻译后修饰质谱鉴定的难点，本项目建立了多肽从头测序、定量与修饰位点的高精确度质谱鉴定方法。本研究发现蛋白质羰基化修饰水平和活性氧自由基ROS水平在MPTP/MPP+诱导多巴胺能神经元死亡模型显著上调。我们发现在MPTP/MPP+处理后PGC-1α下调，引起Sirt3下调，导致Sirt3下游关键作用蛋白SOD2和ATP synthase β乙酰化水平升高，活性降低，引起ROS的大量累积和ATP水平的急剧下降，最终诱导多巴胺能神经元死亡。线粒体蛋白质去乙酰化酶Sirt3在神经细胞损伤死亡中的保护作用机制。本项目利用定量蛋白质组学技术发现抗氧化蛋白PRDX6在损伤线粒体与蛋白清除中的作用机制，揭示了miR-137-EZH2信号调控白藜芦醇诱导肿瘤细胞凋亡的表观遗传机制。研究成果为深入探索线粒体损伤及其溶酶体降解在神经细胞死亡中的功能机制提供了重要线索，为靶向线粒体药物开发提供科学依据。培养研究生9名，已发表SCI研究论文12篇。