Centlein调控微管乙酰化及神经突起形成的机制研究

Microtubule-associated protein (MAP) and microtubule acetylation play an important role in the development of neuritogenesis and neurodegenerative diseases. In our previous study, we identified that Centlein as a novel MAP could promote the acetylation of microtubules and stabilize acetylated microtubules. Overexpression of Centlein inhibited neuritogenesis. However, the function of centlein in promoting the acetylation of microtubules and inhibiting neuritogenesis is unclear. Further study showed that histone deacetylase HDAC6 was a novel Centlein-binding protein. These results indicate that Centlein may regulate microtubule acetylation and neuritogenesis together with HDAC6. We will investigate the molecular mechanism of Centlein and HDAC6 participating in the process: (1) Investigating how Centlein and HDAC6 regulate microtubule acetylation by biochemical and cellular experiments. (2) Determining how Centlein regulates neuritogenesis via HDAC6 in neuronal cells. (3) Exploring the differences and changes in microtubule acetylation, neuritogenesis and behavior in Centlein knockout mice and Alzheimer's disease mouse models. Our study will shed light on therapeutic strategies for treating Alzheimer's disease and neurodegenerative diseases.

微管结合蛋白和微管乙酰化修饰在神经突起形成和神经退行性疾病的发生过程中发挥重要作用。我们研究发现Centlein是一种微管结合蛋白，有促进微管乙酰化和稳定乙酰化微管的作用，Centlein过表达能够抑制神经突起的发生，但是Centlein在其中的分子机制并不清楚，进一步研究我们找到了Centlein的一种新的相互作用蛋白去乙酰化酶HDAC6，这些结果提示Centlein可能通过HDAC6影响微管乙酰化和神经突起的形成。本课题旨在探明其中的分子机制：（1）用生化手段和细胞实验研究Centlein和HDAC6如何调节微管的乙酰化；（2）在神经细胞中探究Centlein如何通过HDAC6抑制神经突起的形成；（3）在Centlein基因敲除小鼠和阿尔兹海默症小鼠模型中，研究微管乙酰化、神经突起形成和小鼠行为学的差异变化。本项目的研究成果将为临床诊断治疗阿尔兹海默症及相关神经退行性疾病提供理论基础。

转录和翻译后修饰是生物体内发挥生物学功能的重要调控方式，m6A修饰在真核生物体内的含量非常丰富，但是其生物学功能很大程度上确是未知的。我们通过构建基因敲除小鼠，利用阿尔兹海默症模型研究发现，敲除m6A甲基转移酶METTL3会抑制DNMT3A的表达从而削弱ATAT1的表达，最终导致微管乙酰化水平降低。并且发现敲除METTL3的阿尔兹海默症小鼠大脑组织中Aβ的沉积明显减少，体外检测结果也显示敲除METTL3的巨噬细胞吞噬Aβ的能力明显提高，行为学实验结果证明敲除METTL3可以改善阿尔兹海默症小鼠的症状。这些结果证明m6A修饰可以通过调控巨噬细胞乙酰化影响其对Aβ的吞噬能力，在阿尔兹海默症的发生中发挥作用，提示我们靶向m6A修饰可能是临床干预阿尔兹海默症的一个重要靶点，这一研究结果将为临床预防和治疗阿尔兹海默症提供理论基础。紧密围绕“表观遗传修饰参与疾病发生”这一科学问题，以巨噬细胞为研究对象，我们接下来深入探究了甲基化修饰调控巨噬细胞参与肿瘤进展的分子机制，取得了突破性的研究成果。在乳腺癌中，我们发现甲基化酶EZH2通过结合在miR-29b和miR-30d的启动子区域抑制其表达从而促进下游靶基因LOXL4的表达，使得肿瘤组织中总的巨噬细胞浸润明显减少，M2型巨噬细胞数量呈上升趋势，肿瘤生长转移加快。这些结果表明EZH2-miR-29/30-LOXL4信号轴通过改变细胞外基质以及肿瘤微环境影响乳腺癌的发生和转移，为乳腺癌的治疗提供新的干预治疗靶点。其次，探明m6A修饰可以在转录后水平影响mRNA的翻译调控巨噬细胞的功能，缺乏METTL3的小鼠肿瘤组织内部M1/M2型肿瘤相关巨噬细胞增多，调节性T细胞的比例也增加，从而引发肿瘤微环境的变化，最终促进肿瘤的发生和转移，并且证明PD-1免疫治疗在敲除METTL3的小鼠中的治疗效率大大降低，说明METTL3可以作为一个潜在的免疫治疗靶点，填补了m6A修饰在巨噬细胞功能方面研究的空白，极大推动该领域的发展。这些研究成果可以为临床设计靶向m6A修饰及其调控蛋白治疗相关疾病提供扎实的理论基础和实验依据。