PI(3,5)P2通路对神经元的保护作用及机制研究

The low abundance signaling lipid phosphatidylinositol(3,5)-bisphosphate (PI(3,5)P2) has recently been identified as an important signaling lipid. It is synthesized and regulated by a protein complex composed of Fab1/PIKfyve, Vac14, and Fig4. Mice hypomorphic for Vac14 and Fig4 show massive degeneration in the central and peripheral nervous systems. Mutations in human Fig4 have been implicated in Charcot-Marie-Tooth syndrome and Amyotrophic Lateral Sclerosis. Vac14, Fig4 and Fab1 are present in all tissues, suggesting that PI(3,5)P2 functions in all organs, yet is particularly crucial in neural tissues. Here we plan to use hyperactive PIKfyve kinase developed by us to elevate PI(3,5)P2 levels and examine its neuroprotective effects. In addition, we will use immunoprecipitation and mass spectrometry to identify regulator or effector proteins in this pathway. New players in this pathway will provide promising targets for treating acute brain trauma or chronic neurodegenerative diseases.

磷脂酰肌醇3,5二磷酸(PI(3,5)P2)是近年来发现一种重要的信号磷脂分子，由Fab1/PIKfyve-Vac14-Fig4/Sac3复合物合成。我们在基因敲除小鼠中的研究表明，PI(3,5)P2的缺失导致小鼠神经系统的退行性病变。PI(3,5)P2通路相关的基因突变也是多种人类神经系统遗传疾病的基础。因此，研究PI(3,5)P2通路的调控及其神经保护作用有着重要的理论意义和实用价值。在本项目中，我们拟首先利用我们发现的高活性PIKfyve激酶上调PI(3,5)P2，并检测高PI(3,5)P2水平在兴奋性毒性过程中的神经保护作用。其次，我们将用免疫共沉淀-质谱的方法寻找与Fab1/PIKfyve相互作用的蛋白，阐明PI(3,5)P2的关键调控机制，以期获得可作为新治疗靶点的分子，建立新的有效的神经退行性疾病治疗方法。

PI(3,5)P2是一种细胞内磷脂信号分子，位于囊泡转运通路的膜表面，通过结合细胞质中的效应蛋白分子来调控各种膜转运途径，如胞内体体积、胞内体到反式高尔基的逆向转运通路、自噬等。PI(3,5)P2的缺失可导致Charcot–Marie–Tooth综合征等神经退行性疾病。在动物模型中，神经细胞对于PI(3,5)P2的缺失尤其敏感，但其具体分子机制一直不太清楚。在本项目中，我们的工作发现PI(3,5)P2的缺失影响神经细胞突起生长，该现象可被神经特异性的囊泡转运通路蛋白Neep21所挽救。在寻找PI(3,5)P2上/下游调控蛋白的过程中,我们发现了一种新型囊泡转运通路调节蛋白FAM45A。此前从未有人报道过FAM45A的功能。通过生物信息学分析，我们发现FAM45A属于DENN结构域蛋白。DENN结构域通常具有鸟氨酸交换因子活性，从而激活小G蛋白家族中Rab蛋白。我们发现（1）FAM45A定位于内吞途径的晚胞内体亚群，部分FAM45A位于多囊泡体的腔内小囊泡上。（2）FAM45A敲降后引起多种胞内体向细胞核邻近聚集。（3）FAM45A敲降后引起内吞途径变缓。（4）FAM45A敲降后引起外泌体分泌减少。综上所述，在本项目支持下，我们找到了神经细胞对PI(3,5)P2敏感的原因之一，并发现了一类新的囊泡转运通路调节蛋白，首次描述了FAM45A的功能。该研究论文已完成，正在投稿中。