朊病毒病脑组织蛋白质巯基亚硝基化修饰的组学研究

Prion diseases are a group of transmissible neurodegenerative diseases of the central nervous system caused by PrPSc. More and more concerns have been raised on protein post-translational modifications in initiation and progression of such diseases. In the other neurodegenerative diseases as Alzheimer's disease and Parkinson's disease, raised level of some S-nitrosylation proteins may influence in the protein degradation and promote protein aggregation and eventually induce neurotoxicity and accelerate neuronal damage. In our previous study, we have verified in the brain tissues of scrapie-infected experimental animals and human prion diseases, the level of S-nitrosylation proteins such as PDI, actin, heat shock proteins, protein kinases, 14-3-3 protein and the proteins related with glycolytic pathway increased significantly compared with the normal controls, some showing time-dependent up-regulations along with the incubation period. Based on our previous studies, we are planning to screen the whole profile of S-nitrosylation proteins in the brain tissues from normal and various human and experimental animals, using the combined methodologies of purification of S-nitrosylation proteins and proteomics, in order to find out the possible differences in the processes of S-nirosylation and in the potentially involved functional units. We also propose to validate the findings of proteomics and their functional activities in the levels of prion infected tissues and prion infectious cells. This study will bring us new pathway for understanding the S-nitrosylation in the pathogenesis of prion diseases and supply new clue for the potential therapy for fatal neurodegenerative diseases.

朊病毒病是由独特的感染性蛋白粒子引起的一种传染性致死性的神经系统退行性疾病。作为一种蛋白构象相关疾病，蛋白翻译后的修饰在朊病毒病发病中的作用越来越受关注。在阿茨海默病及帕金森病等疾病中部分蛋白亚硝基化水平的增高，可能影响蛋白的降解过程，引起蛋白的聚集，同时增加对神经元的毒性和损伤。我们前期的工作也发现在朊病毒感染的脑组织中，蛋白二硫键异构酶、细胞骨架蛋白、分子伴侣蛋白、蛋白激酶、14-3-3蛋白及与糖酵解途径相关的蛋白亚硝基化水平都有所升高。因此，本课题拟在前期研究的基础上组合亚硝基化蛋白纯化技术和蛋白组学技术，开展多种人类及实验动物朊病毒病和正常对照脑组织中蛋白质亚硝基化修饰蛋白谱分析，寻找亚硝基化修饰蛋白及功能单元的差异；利用分子生物学技术在组织水平和细胞水平进行验证和功能分析。为阐明蛋白质巯基亚硝基化修饰在朊病毒病发病中的意义，研制治疗朊病毒病的药物提供全新思路。

朊病毒病是一类侵袭人类及多种动物中枢神经系统的退行性脑病，亚硝基化修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰过程，而蛋白组学的分析是进行蛋白质变化研究最重要的研究方向。本研究应用iTRAQ技术，取比值大于1.2倍且p<0.05的为差异蛋白，在人朊病毒病（sCJD、G114V、FFI）亚硝基化蛋白组学的研究共鉴定到总蛋白数为1509个（FDR<1%）。在大脑皮质区域共同上调的蛋白有74个，共同下调的蛋白有85个；在小脑区域共同上调的蛋白有90个，共同下调的蛋白有130个；帕金森疾病信号通路、阿兹海默病信号通路、亨廷顿病信号通路、精氨酸和脯氨酸代谢信号通路、红斑狼疮信号通路为最多涉及到的信号通路；同时在皮质区域以及小脑区域有相近的层序聚类分析图谱。在人朊病毒病（sCJD、G114V、FFI）全蛋白组学共鉴定到2287个蛋白，大脑皮质区域共同上调的蛋白有161个，共同下调的蛋白有151个；在小脑区域共同上调的蛋白有348个，共同下调的蛋白有379个。在皮质部位，sCJD 与正常对照相比共找到1078个蛋白，其中上调的有599个，下调的有579个；FFI与正常对照相比共找到878个蛋白，其中上调的有454个，下调的有424个；G114V与正常对照相比共找到1314个蛋白，上调636个，下调的有678个；在小脑部位，sCJD与正常对照相比共找到1412个蛋白，其中上调的有727个，下调的有685三个；FFI与正常对照相比共找到1356个蛋白，其中上调的有696个，下调的有660个；G114V与正常对照相比共找到1503个蛋白，上调755个，下调的有748个。同时，该项目也对不同朊病毒毒株（ME7、139A）感染小鼠不同时期脑组织的蛋白谱变化进行了研究，共鉴定到的总蛋白数为2891个（FDR<1%）。在80d，139A以及ME7共同上调的蛋白15个，共同下调的蛋白10个，在180d, 139A以及ME7共同上调的蛋白96个，共同下调的蛋白35个。在感染后80d以及180d，也发现了相似的信号通路以及层序聚类图谱。这些结果都提示在朊病毒病发生过程中，相关蛋白质谱都发生了明显的变化。对于朊病毒病蛋白谱变化的研究不仅为该病的发病机制阐明奠定了基础，同时也为找到诊断和治疗该类疾病的蛋白靶点提供数据。