阿尔茨海默病患者脑中激活的CalpainⅠ对tau蛋白激酶活性的影响

微管相关蛋白tau的过度磷酸化并在神经元内聚集形成神经纤维缠结是阿尔茨海默病(AD)的主要病理特征之一，Tau激酶催化tau的磷酸化，但还没有充分的证据显示AD患者脑中tau激酶的表达和活性增加。我们最近发现calpain I可截断GSK-3β、Dyrk1A而使得其活性大大增加。Calpain I在AD患者脑中由于钙离子超载而激活，并与这两种蛋白激酶的截断和tau蛋白的异常过度磷酸化明显相关，提示calpain I 的激活可能通过截断tau激酶而引起tau过度磷酸化。本项目拟在分子、细胞和动物以及AD患者脑组织多个层面，系统研究calpain I 对tau激酶的截断、tau激酶的截断与其活性及催化tau磷酸化能力和特性的关系，探讨钙离子超载导致calpain I活化在AD发生发展中的作用，特别是在tau蛋白位点特异性异常过度磷酸化中的作用，更深入地揭示AD发病机制，为AD的防治提供新思路。

Tau蛋白是中枢神经系统中主要的微管相关蛋白，其生物学功能是促进微管的组装、稳定微管的结构。在阿尔茨海默病（AD，俗称老年痴呆）患者脑中，tau的异常过度磷酸化并聚集形成神经纤维缠结，tau过度磷酸化被认为在AD发生发展中起重要作用。因此，揭示tau的异常过度磷酸化的分子机制一直是AD研究的热点。我们最近发现calpain I在AD患者脑中由于钙离子超载而激活，calpain I的激活与tau蛋白的异常过度磷酸化明显相关，提示calpain I 的激活可能在tau的异常过度磷酸化中起重要作用。本课题研究发现：(1) 在AD患者脑中，GSK-3β在C-末端发生了截断，这种截断与calpain I的激活呈现明显的正相关；在体外calpain I水解GSK-3b 的C-末端；被calpain I水解的GSK-3β明显增加其催化tau的磷酸化能力增加，但不改变GSK-3β的priming的特性；在AD患者脑中，tau的异常过度磷酸化与GSK-3β的截断和calpain I的活化呈现明显的正相关。(2)AD患者脑中Ca2+/calpain I的活化s使得Dyrk1A的截断增加，这种截断也发生在C-末端；截断的Dyrk1A明显增加其催化激酶的活性；截断的Dyrk1A使得催化tau磷酸化的的最大反应速度增加，但没有影响其与tau的Km值；Dyrk1A促进tau外显子的编码，使得3R-tau表达增加；截断的Dyrk1A促进tau外显子10编码的能力更强；在AD患者脑中，增加的Dyrk1A的截断与tau的异常磷酸化和3R-tau的表达增加正相关。(3)在AD患者脑中，CK1e在mRNA和蛋白水平明显增强，但CK1e的表达没有明显的改变；CK1主要表达在神经元的胞质中；过表达CK1d和e使得tau 在多个位点的磷酸化增强；在AD患者脑中，增加的CK1e的表达与tau的异常过度磷酸化呈正相关；CK1e也参与调节tau外显子10的可变剪接；过表达CK1e促进外显子10的编码；CK1e的表达与calpain I的活化正相关，提示Ca+/calpain I可能直接或间接地参与CK1e表达的调控。总之，Ca2+/calpain I的激活通过上调一些tau的激酶，通过3R-tau/4R-tau的表达失衡和tau的异常磷酸化，引起或加重AD的tau病理和神经纤维退行性变。