基于Gab1关联信号转导缺陷的脑胆碱能神经环路损伤机制及药物调控

Considerable evidence supports an idea that forebrain acetylcholine modulates several cognitive functions and memory. However, its precise molecular mechanism remains largely unknown. In the present study, we first investigate the role of Gab1 signaling during pathological process of cognitive impairment. Moreover, the downstream cell signaling of Gab1 will be identified after neurodegenerative damage by using animal models as well as in vitro cholinergic neuron culture. Finally, the present study will address whether protection of septo-hippocampal/cortex cholinergic neurons against degeneration via Gab1-dependent siganaling delay cognitive impairments. The pharmacological effect of a competitive inhibitor of protein tyrosine phosphatases will be evaluated, to examine whether it rescues septo-hippocampal/cortex cholinergic neurons from neurodegeneration. Unraveling the role of Gab1-dependent signaling during neurodegenerative pathogenesis may lead to the development of novel protective strategies via restorative therapies for neurodegenerative disorders.

基底前脑胆碱能神经元及其纤维投射是认知记忆神经环路的重要环节。作为认知功能障碍关联脑病的重要病理过程，有关胆碱能神经环路调控的分子机制还远未阐明。本课题将在我们前期研究基础上，以脑胆碱能神经环路损伤作为切入点开展深入研究：① 探讨骨架接头蛋白Gab1分子在脑胆碱能神经环路损伤发生、发展病理过程中所起的时空变化规律；② 阐明脑胆碱能神经环路损伤条件下Gab1及下游信号分子磷酸化/去磷酸化修饰的内在关联性及关键调控分子机理；③ 深入探究Gab1缺失对脑胆碱能神经元及其纤维投射的影响，从而明确其在神经环路中所起的作用。④ Gab1/SHP2/PI3K关联信号途径基因/药物调控对脑内隔核-海马/皮层胆碱能神经环路的保护作用。本课题的开展将深入揭示脑胆碱能神经环路病理损伤条件下Gab1/SHP2/PI3K通路的信号调控模式及规律，为阐明该病理情况下的生命现象本质提供实验依据。

本申请课题在我们前期研究基础上，以脑胆碱能神经环路损伤作为切入点开展了深入研究。主要完成内容：① 探讨了骨架接头蛋白Gab1分子在脑胆碱能神经环路损伤发生、发展病理过程中所起的时空变化规律；②深入探究了Gab1缺失对脑胆碱能神经元及其纤维投射的影响，从而明确其在神经环路中所起的作用。③ 探索了Gab1关联信号途径基因调控对脑内隔核-海马/皮层胆碱能神经环路的保护作用。.在项目实施过程中，我们采用AD患者脑组织样本确认了Gab1在皮层等脑区胆碱能神经元表达的下降。发现3月龄APP转基因小鼠大脑皮层等部位的Gab1蛋白磷酸化水平（Ser627,Ser307位点）发生改变。与Gab1蛋白磷酸化信号紊乱相一致，我们也发现蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2 （SHP-2）翻译后磷酸化水平下降。此外APP小鼠皮层认知环路关联的胆碱乙酰转移酶（ChAT），钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CaMKII）和磷酸化酶Calcineurin水平出现改变。以上结果提示AD病理过程中的脑胆碱能神经环路障碍可能与Gab1信号紊乱相关联。更重要的是，经过团队协作，获得并采用条件敲除小鼠开展进一步的病理机制研究。发现GnestinCre-Gab1F/F小鼠海马脑区中磷酸化CaMKII（Thr286）及其突触前底物SynapsinI（Ser603）水平明显下降，与此同时GnestinCre-Gab1F/F小鼠Gab1蛋白水平也降低。进一步采用了ChATCre-Gab1F/F小鼠，分别取纹状体和中隔野脑组织定量检测各脑区组织Gab1总蛋白及磷酸化水平在病理模型不同时程的经时变化。结合记忆功能行为学检测、药理学干预手段和电生理技术，确认了Gab1条件敲除小鼠认知功能关联分子信号及脑胆碱能神经环路的功能变化。发现Gab1是参与胆碱能神经元损伤和认知功能障碍的重要信号分子。采用慢病毒过表达Gab1可以明显减轻APPswe/PS1小鼠及ChATCre-Gab1F/F小鼠的认知功能障碍。.项目取得了以下成果：.1）课题的开展将深入揭示脑胆碱能神经环路病理损伤条件下Gab1信号调控模式及规律，为阐明该病理情况下的生命现象本质提供了实验依据；.2）发表SCI论文4篇，获得国家发明专利2项，培养研究生5名。