Nmnat在维持神经轴突完整性中的作用和分子机理

Axonal degeneration is the pivotal pathological event of acute traumatic neural injury as well as many chronic neurodegenerative diseases. It is an active, highly regulated cellular program. For example, upregulation of nicotinamide mononucleotide adenosyltransferase (Nmnat) can significantly delay axonal degeneration. Moreover, we have recently found that knockdown of Nmnat led to spontaneous axonal degeneration in vivo, indicating that the endogenous Nmnat gene plays an essential role in maintaining axonal integrity. Nevertheless, little is known about the molecular mechanism of Nmnat's neuroprotective function. We have recently developed a novel in vivo model of nerve injury based on the Drosophila wing axon (DWA). In this study, we plan to use this DWA model combined with cell-based high-throughput screening to carry out a comprehensive and systematic study to reveal the upstream regulatory mechanism and downstream targets that mediate Nmnat's neuroprotective function. By such study, we hope to discover the key genes and core mechanisms regulating axonal degeneration and to provide the foundation for developing new drugs for treating neural injury and neurodegenerative diseases.

神经轴突变性是急性神经损伤和多种慢性神经退行性疾病中的常见病变。轴突变性是一个积极主动、被高度调控的过程，譬如在动物体内高表达烟酰胺单核苷酸腺苷转移酶(Nmnat)可以显著推迟受损神经轴突的变性坏死。不仅如此，申请人在最近的工作中发现，降低生物体内Nmnat水平可以引发神经轴突自发性的变性坏死。由此可见，内源性的Nmnat基因对于维持神经轴突完整性起着不可或缺的重要作用，但其神经保护的分子机理尚不清楚。在本课题组的前期工作中，我们创建了一个基于果蝇翼神经束的新型神经损伤活体动物模型。在本项目中，我们计划运用这一模型结合高通量细胞筛选实验，全面、系统化地揭示介导Nmnat神经保护功能的上游调节机制和下游作用分子，以此深入研究生物体内调控神经轴突退化变性坏死的分子机理，并为研制和开发治疗神经损伤和神经退行性疾病的新型药物奠定基础。

神经轴突变性是急性神经损伤和多种慢性神经退行性疾病中的常见病变。轴突变性是一个积极主动、被高度调控的过程，譬如在动物体内高表达烟酰胺单核苷酸腺苷转移酶 (Nmnat) 可以显著推迟受损神经轴突的变性坏死。不仅如此，降低生物体内Nmnat 水平可以引发神经轴突自发性的变性坏死。由此可见，内源性的Nmnat 基因对于维持神经轴突完整性起着不可或缺的重要作用。在本项目的前期工作中，我们创建了一个基于果蝇翼神经束的新型神经损伤活体动物模型。在本项目实施过程中，我们运用这一模型结合高通量细胞筛选实验，寻找参与Nmnat 神经保护功能的上下游调控基因，并同时对介导损伤和退行性疾病中神经轴突变性的新分子、新机制进行探索和发现。通过结合果蝇模型、哺乳动物细胞、小鼠原代神经元培养、小鼠坐骨神经等多种体内体外神经轴突模型，我们发现了一系列重要结果，主要包括：(1) 线粒体质量控制和线粒体自噬基因PINK1和Parkin在aging的过程中对神经束完整性和神经轴突变性过程中的重要作用；（2）PINK1和Parkin基因在神经退行性疾病ALS中在神经元中发生RNA、蛋白等多水平的异常改变；（3）首次发现 ESCRT复合物Vps4水平在神经损伤后迅速下降造成自噬潮 (autophagic flux) 紊乱从而引发轴突变性等。以上工作以及项目其它相关成果先后发表了6篇SCI科研论文，分别发表在Science Advances, Cell Research, Aging Cell, Journal of Cell Biology, Cell Death and Disease等国际知名学术杂志上。本项目研究加深了我们对于生物体内调控神经轴突退化变性坏死的分子机理的理解，为研制和开发治疗神经损伤和神经退行性疾病的新型药物靶点奠定了良好基础。