DNA聚合酶beta诱导帕金森病多巴胺能神经元损伤的机制研究

新近研究提示神经元病理性DNA复制可能在帕金森病(PD)多巴胺能神经元变性死亡中起重要作用，但其机制尚未阐明。申请人前期研究发现多巴胺能神经元存在独特的DNA复制机制：由DNA聚合酶β(Pol-β)介导病理性DNA复制，诱导神经元凋亡。但目前尚不明确多巴胺能神经元内为何由修复酶Pol-β介导DNA复制，也不清楚Pol-β介导的DNA复制如何诱导神经元凋亡。本课题拟建立PD动物模型和细胞模型，使用激光捕获显微切割技术获取动物模型单纯的多巴胺能神经元，采用real-time PCR、Western blot、DNA/蛋白复合物免疫共沉淀、Inter-SSR-PCR、RNA干扰、基因转染等技术，探讨多巴胺能神经元内Pol-β介导病理性DNA复制，诱导神经元凋亡的机制，以期深化对PD发病机制的认识，进而为PD的防治探索新策略。

帕金森病（Parkinson’s diseaes, PD）特征性的病理改变为中脑黑质多巴胺能神经元进行性变性死亡，但其分子机制尚不明确。本课题围绕DNA聚合酶β （DNA polymerase-β, DNA pol-β）在PD多巴胺能神经元损伤中的作用，主要回答了以下几个问题：1）帕金森病发病过程中细胞周期调控和DNA pol-β表达如何？2）PD发病过程中，为何本应执行DNA修复功能的DNA pol-β反而介导病理性DNA 复制？3）DNA pol-β介导的病理性DNA 复制是如何诱导多巴胺能神经元凋亡的？4）如何阻断DNA pol-β的毒性作用，保护多巴胺能神经元？我们首先使用多巴胺能神经毒素鱼藤酮、MPTP和MPP+等成功建立了PD细胞模型和动物模型，并在这些模型中观察了细胞周期调控和DNA pol-β表达的变化，发现PD模型中细胞周期调控异常，出现G2/M期阻滞，同时DNA pol-β表达增高。DNA pol-β与增殖细胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen, PCNA）相结合，共同结合到DNA复制叉上，直接参与DNA复制，并促进P53表达，导致神经元损伤。DNA pol-β介导的神经元核内复制参与神经元损伤过程，抑制DNA pol-β可阻断药物诱导的神经元细胞周期调控异常和核内复制。我们的结果提示，在PD发病过程中多巴胺能神经元重启细胞周期，激活DNA pol-β的表达，DNA pol-β与PCNA相结合，参与病理性DNA复制，导致基因组不稳定，p53活化，最终导致多巴胺能神经元损伤。本课题的结果系统阐述了DNA pol-β在PD 发病中的作用，并为使用DNA pol-β抑制剂治疗PD提供了实验基础。