线粒体自噬在肌萎缩侧索硬化发病中的作用及其表观遗传学机制研究

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is the most common motor neuron disease caused by progressive motor neuron degeneration in spinal cord. However, the mechanisms are largely unknown yet. Mitochondrial dysfunction may play an important role in the pathogenesis of ALS. Our previous study showed numerous damaged mitochondria accumulated in motor neurons of SOD1-G93A transgenic mice. Mitophagy is the only way to degrade the impaired mitochondria in neurons. Our preliminary data indicated down-regulated proteins which participated in mitophagy as well as up-regulated methyltransferase in the spinal cord of G93A mice. These results demonstrate epigenetic changes may play a critical role in the survival of neurons via regulating mitophagy related gene expression. In this study, we will comprehensively detect the level and function of mitophagy in ALS mice, and analyze the changes of epigenetic regulation especially DNA methylation and histone modifications. Furthermore, by using the DNA methyltransferase inhibitor RG108, we will observe whether it can protect motor neuron survival through improving mitophagy in vivo. These results will firstly confirm the dysfunction of mitophagy in ALS, as well as test the intervention in the epigenetic level, which might be a potential therapeutic target for a novel therapy to treat ALS.

肌萎缩侧索硬化（ALS）是一种最常见的运动神经元病，其分子机制仍未明确。线粒体损伤及功能障碍可能在ALS发病中发挥重要作用。我们前期研究发现SOD1-G93A转基因小鼠脊髓运动神经元内存在大量受损线粒体，而胞内线粒体清除唯一途径是由线粒体自噬所介导，提示线粒体自噬通路功能障碍。我们预实验发现线粒体自噬重要调控蛋白表达降低，同时脊髓甲基转移酶表达水平明显增高，据此推测表观遗传水平变化可能通过调控相关基因表达影响线粒体自噬功能。本课题中，我们将全面检测ALS线粒体自噬水平及功能变化，并分析表观遗传尤其是DNA甲基化、组蛋白修饰等对线粒体相关基因表达的影响，最后利用DNA甲基转移酶抑制剂RG108进行在体干预观察其是否能够通过改善线粒体自噬发挥神经保护作用。结果将首次明确ALS中线粒体自噬功能的异常，并从表观遗传水平进行探讨和干预，为疾病的临床治疗提供理论研究。

肌萎缩侧索硬化（ALS）是一种最为常见的运动神经元病，主要由于脊髓前角运动神经元选择性变性死亡造成的，其发病机制仍未明确。我们之前的研究提示异常的蛋白积聚和自噬通量异常是ALS的发病机制，并发现了组蛋白去乙酰化酶6通过改变自噬通量延缓ALS疾病的发展。预实验也发现线粒体自噬重要调控蛋白表达降低，同时脊髓甲基转移酶表达水平明显增高，据此推测表观遗传水平变化可能通过调控相关基因表达影响自噬功能。.本课题中，我们首次发现了ALS中存在甲基化异常，特别是M6A相关的甲基化基因表达异常，此种异常与SOD1缺陷鼠的年龄有关，同时主要自噬指标也发生明显变化。据此我们进一步探究了SOD1-METTL3-OPTN自噬流调控机制及SOD1调控METTL3基因表达机制。我们还发现ALS患者外泌体蛋白表达异常，体外BMSC治疗可干预纠正并抑制自噬的异常激活。另外，我们还探究了卡马西平、维拉帕米、丁苯酞等药物基于改善自噬功能障碍起到的治疗作用，并在SOD1G93A小鼠模型上得到了验证。我们对ALS发病中表观遗传水平变化调控相关基因影响自噬功能的深入研究，将使大家对ALS的发病机制有更深层次的认识。并为新的自噬相关治疗靶点的探索提供可靠证据支持。