HMGB1胞浆转位调控多巴胺能神经元自噬的作用及机制

High-mobility group box 1 (HMGB1) is a highly conserved chromatin-binding nuclear protein, involved in many biological processes including chromatin remodeling, transcription, DNA repairing and so on. Our preliminary studies found that HMGB1 exhibited cytosolic translocation and colocalized with α-synuclein and LC3 in cytoplasm of Parkinson's disease (PD) cell models, accompanied by enhanced autophagy and increased autophagosomes and autophagolysosomes in PD models. In addition, the inhibitor and activator of autophagy directly affect the expression of HMGB1. Knock down HMGB1 expression using RNAi inhibits the intracellular activation of the autophagy pathway. All our studies suggest that HMGB1 cytoplasmic translocation is involved in the activation of autophagy in PD. But the mechanism of HMGB1 translocation and its pathogenesis in PD remains unknown. In this study, the mechanism of cytosolic translocation of HMGB1 and the effect of HMGB1 on autophagy will be investigated using PCR, Western blot, RNA interference, Co-Immunoprecipitation, Immunofluorescence, Flow Cytometey and Electron microscope. The role of HMGB1 in PD pathogenesis will be fully discussed and more reliable therapeutic targets for PD will be found.

高迁移率族蛋白1（HMGB1）是一个高度保守的DNA结合蛋白，主要存在于细胞核内，参与基因复制、转录和修复。我们的前期研究工作发现，在鱼藤酮诱导的帕金森病（PD）模型中存在着核内HMGB1向胞浆的转位，转位的HMGB1与胞浆内α-synuclein以及自噬标志分子LC3共定位，同时伴有自噬途径的激活以及自噬小体的增多。此外，自噬抑制剂及激活剂亦直接影响HMGB1的表达，干扰HMGB1的表达会抑制细胞内自噬途径的激活。以上研究提示PD中HMGB1的胞浆转位与细胞自噬直接相关。但是HMGB1胞浆转位的原因、其对自噬的影响机制仍不清楚。本项目拟在前期工作的基础上，采用免疫共沉淀、激光共聚焦、质谱分析、流式细胞检测及电镜分析等技术，深入研究HMGB1胞浆转位的机制及其对自噬途径的影响，阐明HMGB1在多巴胺能神经元变性死亡中的作用。

帕金森病的是以黑质-纹状体系统内多巴胺能神经元选择性变性、死亡，以及残存神经元胞体内出现纤维性嗜酸性包涵体--路易小体（Lewy Body，LB）为主要特征的神经退行性疾病。神经元胞浆内α-突触核蛋白（α-synuclein, α-syn）的异常聚集是形成LB的主要原因，而黑质区多巴胺神经元细胞的选择性死亡则与细胞内异常蛋白的堆积和细胞凋亡相关。.我们的研究工作发现，在帕金森病（PD）细胞模型中存在着高迁移率族蛋白1（HMGB1）的过表达，并与PD诱导药物的干预有时间和剂量依赖性。此外，过表达的HMGB1出现从细胞核向胞浆内的转位，转位的HMGB1与胞浆内α-synuclein以及自噬标志分子LC3共定位，免疫共沉淀试验亦证实HMGB1与α-syn在鱼藤酮诱导下形成复合体。并且，在鱼藤酮作用下，细胞内过表达的HMGB1提高了LC3Ⅱ、P62的表达量，并在电镜下观察到自噬体增多、细胞器结构紊乱、线粒体肿胀等；而降低细胞内HMGB1的表达，LC3Ⅱ/I比值有所恢复、P62含量也降低，这提示HMGB1可以激活自噬，但并未持续激活自噬流。进一步的试验证实，过表达的HMGB1在细胞损伤情况下会抑制Beclin1的表达，但促进Beclin1与Bcl-2的结合，抑制Beclin1-Vps34复合体的形成，导致自噬流的阻断，抑制细胞对异常蛋白α-syn的降解，促进了包涵体的形成，这可能是HMGB1的过表达在帕金森病自噬途径中的作用机制。我们的研究为PD的异常蛋白的聚集以及自噬途径的变化提供了新的视角，阐明了HMGB1在PD发病中的作用，为后续药物靶点干预带来新的曙光。