IFN-β通过CDK5介导PTEN泛素化降解在帕金森病中保护神经元的机制研究

Parkinson’s disease(PD) is characterized to be a severe neurodegenerative disease of the central nervous system, with the major pathologic changes of the loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra,in which immune factors have a great significance in the pathogenesis of PD;In 2015,it is testified that Interferonβ(IFN-β) specificity knockout mice of neuron have changes with symptom and pathology like PD,but its biological mechanism is not fully understood.This research follows the principle of translational medicine.First, we verify that the IFN-β-IFNAR pathway is activatied in the cellular models, animal models and clinical specimens of PD and we explore whether IFN-β have clinical value.We lucubrate the molecular mechnism that IFN-β active CDK5, a critical kinase in the nervous system,to phosphorylate PTEN inducing Ub-mediated degradation and reduce autophagy to protect neuron by the PI3K/AKT/mTOR pathway. If inhibition of the IFN-β/CDK5/PTEN pahtway,we identify excessive autophagy induce neuron death in PD model. This project focus on the strategy of new theoretical basis and clinical target for protecting neuron in PD.

帕金森病（PD）是以中脑黑质多巴胺能神经元丢失为主要病理改变的神经系统退行性疾病，其中免疫相关细胞因子在发病过程中具有重要意义。2015年研究发现，干扰素β（IFN-β）神经元特异性敲除小鼠模型中出现帕金森样症状和病理改变，但其在PD中的作用机理并不明确。本研究遵循转化医学原理，首先在细胞-组织-动物-临床PD样本中验证IFN-β-IFNAR通路激活在PD疾病中发挥重要作用，并探讨IFN-β是否具有临床运用价值；进而深入研究PD中IFN-β参与调控的分子机制为激活神经系统特异性蛋白激酶CDK5进而磷酸化PTEN导致其通过泛素化蛋白酶体途径降解，解除对PI3K/AKT/mTOR通路的抑制进而减少过度自噬保护神经元；最后验证在PD中干预IFN-β/CDK5/PTEN通路是否引起自噬增加而导致神经元丢失，为PD中神经元的保护机制研究提供新的理论基础和诊疗靶点。

帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是一类以中脑黑质多巴胺能神经元变性死亡为主要特征的神经系统退行性疾病。干扰素β（IFN-β）作为细胞因子在神经系统疾病中发挥重要作用。细胞周期性调节蛋白5（Cyclin-dependent kinase 5,CDK5）是细胞周期调节性蛋白激酶家族成员之一，通过与P35蛋白结合并主要在神经系统中发挥生物学功能。CDK5异常表达与神经系统疾病（包括帕金森病）密切相关。IFN-β敲除可以导致动物出现帕金森病的行为学改变和病理性蛋白α-synuclein堆积。同时研究表明，IFN-β在帕金森病人脑组织中过度表达，可能是导致帕金森病预后不良甚至死亡的主要原因之一。本研究内容主要为：从不同的帕金森病模型中探讨IFN-β的表达情况；细胞调控关键蛋白PTEN在帕金森病中的变化情况；CDK5与PTEN之间的作用关系；CDK5磷酸PTEN的磷酸化情况以及磷酸化位点确定；磷酸化PTEN与PTEN蛋白降解情况。研究发现在PD不同的细胞模型中，IFN-β表达上调，但是PTEN的蛋白水平下调。同时，PTEN蛋白的下调会激活PI3K-AKT-IRF3通路，直接导致IFN-β释放增加。PTEN蛋白下调与其磷酸化水平相关。我们通过蛋白免疫共沉淀实验发现CDK5与PTEN可以相关结合，同时通过体外磷酸化实验发现CDK5可以通过磷酸化PTEN发挥作用。我们进一步体外诱导大肠杆菌表达得到PTEN蛋白磷酸化功能域PTEN-C(aa350-403)。体外磷酸化实验证明CDK5可以磷酸化PTEN蛋白于苏氨酸366位点。体外过表达磷酸化的PTEN与野生型的PTEN相比降解加快。本项目让我们了解细胞因子IFN-β在PD中的作用，并进一步阐述IFN-β/CDK5/PTEN调控的分子机制，为探索PD发病机制提供新思路以及治疗提供新的靶点。