兔和人朊病毒蛋白PrPC与铜离子结合特性的差异研究

传染性海绵状脑病（TSE）是一类致死性的中枢神经系统退行性疾病，目前尚无有效的检测和治疗手段。该病的发生与宿主自身基因编码蛋白prion的构象变化紧密相关。正常细胞型PrPC没有致病性，但在一定条件下转化成异常瘙痒型PrPSc后将导致TSE。铜是体内各组织不可或缺的微量元素，包括TSE在内的许多神经疾病都与铜代谢失衡密不可分。本项目在测定了抗TSE感染的兔PrPC溶液结构和动力学的工作基础上，利用多种谱学和生化手段系统地研究兔PrPC与铜离子的结合特性，从结合位点、结合能力、结合模式、动力学行为以及因结合产生的结构和功能改变等方面进行探索；并平行地研究TSE易感的人PrPC与铜离子的结合特性，比较两者的关键差异，深入地阐述兔PrPC不向PrPSc转化、从而不感染TSE的分子机制。该项目有助于阐明异常型PrPSc的形成机理，揭示TSE的传染和发病机制，具有深远的科学意义和潜在的应用价值。

传染性海绵状脑病（TSE）发生与prion构象从细胞型PrPC转变为瘙痒型PrPSc相关。PrPC寡聚化是prion构象转变过程的重要环节。TSE与铜代谢失衡相关。Cu2+与PrPC相互作用、Cu2+对PrPC寡聚化作用及其机制尚不清楚。用FPLC、CD、DLS、NMR、XANES等技术，研究TSE易感的人PrPC（91-230，HuPrPC）和TSE耐受的兔PrPC（91-228，RaPrPC)：(I) RaPrPC和HuPrPC与Cu2+相互作用（亲合力，结合位点）；(II) RaPrPC和HPrPC寡聚化及寡聚体性质；(III) Cu2+对RaPrPC和HuPrPC寡聚化作用及对RaPrPO和HuPrPO性质影响。主要结果：（1）测量了RaPrPC和HuPrPC与Cu2+亲合力。（2）发现Cu2+能促进PrPC从α-螺旋为主构象转变为β-折叠为主构象, Cu2+结合对HuPrPC结构影响强于RaPrPC。（3）发现Cu2+能降低PrPC结构稳定性, HuPrPC减低比RaPrPC明显。（4）测定了RaPrPC和HuPrPC上Cu2+结合位点空间结构(由His95、Gln97、Met107、His110组成)。（5）建立了高效制备PrPO方法, 发现PrPC寡聚化与孵育时间、寡聚温度、NaCl浓度紧密相关。温度越高，PrPO形成速率和生成量越大；37℃和47 ℃下HuPrPO形成速率和生成量大于RaPrPO；NaCl能促进PrPC寡聚化，提高NaCl浓度降低HuPrPC 变性温度效果强于RaPrPC。（6）表征了PrPO性质, 发现PrPC构象以α-螺旋为主，PrPO以β-折叠为主，HuPrPO和RaPrPO二级结构相似；测量了PrPC和PrPO粒径，RaPrPO粒径稍大于HuPrPO；发现RaPrPO PK酶抗性和细胞毒性低于 HuPrPO。（7）提出兔子TSE抗性可能缘于几个因素：RaPrPC具有高结构稳定性、低寡聚体形成速率和生成量；RaPrPO具有低PK酶耐受性和细胞毒性。（8）发现Cu2+能提高PrPO结构稳定性，HuPrPO提高比 RaPrPO明显。研究成果阐明了Cu2+与RaPrPC、HuPrPC、RaPrPO和HuPrPO相互作用, 有助于理解Cu2+对PrPC寡聚化作用及TSE发病机制。撰写了7篇与项目直接相关的论文（发表了3篇SCI论文）。