ZNF335在阿尔兹海默病中的生物学功能研究

Alzheimer’s Disease is a progressive neurodegenerative diseases. Senile plaques formed by the accumulation of extracellular β-amyloid (Aβ) in the cerebral cortex and hippocampus are one of the pathological features of AD. β-secretase (BACE1) is a key enzyme in Aβ formation. Zinc finger proteins, predominantly acting as transcription factors, are widely involved in various physiological activities, and possess regulatory roles mainly through their bindings to specific DNA sequences and proteins. Our preliminary data indicated that ZNF335 interacts with BACE1, and regulates BACE1 protein expression, thus affecting the APP processing and Aβ production. Furthermore, the expression of ZNF335 in the brains of AD patients and AD double transgenic model mice was significantly upregulated. Conversely, ZNF335 knockdown can increase the capability of learning and memory. The aim of this project is to investigate the regulatory mechanisms of ZNF335 on the activity of BACE1 and to confirm the binding sites between ZNF335 and BACE1 promoter. Meanwhile, through behavior tests, electrophysiology and molecular techniques in ZNF335 overexpression mice and ZNF335 conditional knockout mice models, further studies will be done to clarify whether ZNF335 would regulate the cleavage process of APP by binding BACE1 promoter, and thus affect AB deposition, and consequently affect the synaptic plasticity, learning and memory in AD mice. We hope this project will promote our understandings in AD’s pathogenesis and provide insights on application of ZNF335 as a potential target in AD’s therapy.

阿尔兹海默病（AD）是一种进行性认知功能障碍，胞外β-淀粉样蛋白（Aβ）聚集形成老年斑是AD病理特征之一。β-分泌酶（BACE1）是形成Aβ的关键酶。锌指蛋白作为转录因子能够与DNA结合调控基因的表达。前期研究发现锌指蛋白ZNF335能够与BACE1相互作用通过调控BACE1启动子水平影响其表达进而参与APP水解过程，在AD病人脑内ZNF335的表达上调，敲低ZNF335后，显著改善AD模型鼠学习记忆水平。本项目旨在探讨ZNF335能否在调控BACE1表达水平的同时也调控其活性，确定ZNF335与BACE1启动子的结合位点，在ZNF335 KI/AD模型鼠和ZNF335 KO/AD模型鼠中阐明ZNF335通过与BACE1结合调控APP的水解过程影响Aβ的沉积，进而影响突触可塑性及AD鼠的学习记忆能力，最终引发AD病理发生过程的相关机制，为锌指蛋白作为一个新的AD潜在治疗靶标提供新思路。

阿尔兹海默症（AD）是一种进行性认知功能障碍，大脑皮质和海马区的胞外的β-淀粉样蛋白（Aβ）聚集形成的老年斑是AD病理特征之一。β-分泌酶（BACE1）是APP水解形成Aβ的关键酶。目前大量研究集中于寻找BACE1抑制剂，期望能够找到通过调控BACE1 活性来治疗AD，但是到目前为止都没有寻找到对血脑屏障有较高通透率，对BACE1 活性有较高抑制作用，同时又能具有较低毒副作用的抑制剂。随着BACE1 抑制剂相继在临床研究上受挫，与BACE1 相互作用蛋白研究的渐渐深入起来。锌指蛋白作为转录因子广泛的参与到各种生理活动中，能够通过与DNA或者蛋白结合调控基因的表达。前期在细胞水平研究发现ZNF335能够调控APP的水解切割通路，通过脑立体定位rAAV-shRNA-ZNF335会降低AD的病理发生过程，因此，在本研究中期望通过体外和体内研究阐明ZNF335调控BACE1影响AD的病理发生过程的机制。通过研究发现，在细胞水平，过表达ZNF335能够通过促进BACE1的表达水平而不影响BACE1活性的情况下，影响APP的水解切割过程，通过ChIP-seq和荧光素酶双报告基因系统明确ZNF335能够与BACE1的启动子区相结合来影响BACE1的表达水平。在动物水平研究了ZNF335过表达和ZNF335条件性敲低对AD小鼠的影响，通过多种行为学测试发现，ZNF335过表达不影响AD小鼠的活动性，但是在一定程度上能够促进AD小鼠的认知功能损伤，通过对APP相关通路蛋白的检测发现，ZNF335过表达会促进APP的水解切割，表现为APP的水平降低，BACE1和sAPPβ水平的增加，脑内Aβ沉积增加。对BACE1活性进行检测发现ZNF335过表达不影响BACE1的活性。同时ZNF335过表达还会降低突触相关蛋白的表达水平。而在ZNF335敲低小鼠中，ZNF335敲低能够显著性的改善AD小鼠所出现的认知功能损伤的现象，其通过降低BACE1的表达水平，减少APP的水解切割过程，减少AD小鼠脑内老年斑的沉积情况，同时有效的增加突触相关蛋白PSD-95和Synaptophysin的表达水平。通过本研究明确了ZNF335是通过调控BACE1的表达影响APP的水解切割过程来影响AD的发生，该研究为进一步揭示AD的发病机制提供理论依据，同时也为开发新的治疗AD的药物提供了一个潜在的靶标。