脑缺血突触后蛋白质SUMO化的调控及其病理意义

Reversible SUMOylation plays important roles in the regulation of cellular signaling. Previously, we found that the level of several SUMOylated postsynaptic proteins increased in the vulnerable hippocampal CA1 region after brain ischemia. However, the intracelluar processes responsible for the postischemic upregulation of SUMOylation, and theirs molecular consequences have not been elucidated. In this proposal, we aim to investigate the molecualr mechanisms underlying the regulation of postsynaptic SUMOylation and to reveal theirs roles in neurodegeration after ischemic stroke by using the method of biochemistry, molecular biology, histology, pharmacology, and so on. Based on the previous study, we propose that (1) Src family kinases phosphorylate and regulate the activation and translocation of SUMO ligases; (2) PSD-95 associates with the Src family kinases-induced phosphorylation of SUMO ligases by tethering of Src family kinases to their substrates; (3) The SUMOylation of postsynaptic proteins facilitates pro-apoptotic signaling and thereafter cell apoptosis. This research will reveal novel mechanisms underlying ischemic injury and provide potential targets for the treatment of ischemic stroke.

蛋白质可逆SUMO化是细胞信号转导的重要调控方式。本项目组前期研究发现，在缺血易损的大鼠海马CA1区，脑缺血引起某些突触后蛋白质发生显著的SUMO化修饰，然而这一SUMO化修饰与缺血性神经元损伤的关系尚不明确。本项目拟采用生物化学、分子生物学、组织学和药理学等方法，深入研究突触后蛋白质SUMO化的调控机制，进而阐明其在脑缺血损伤中的作用。主要研究内容包括以下三个方面：（1）Src家族激酶对SUMO连接酶的活化和转位的调节；（2）PSD-95在Src介导的SUMO化调节中的作用及其分子基础；（3）突触后蛋白质SUMO化对促凋亡信号通路的影响及其在神经元凋亡中的作用。通过以上研究，将提供缺血性神经元损伤的新线索，为脑缺血等神经系统疾病的防治提供潜在的药物靶点。

突触后兴奋性信号传递是突触可塑性和学习记忆的基础，在缺血性脑卒中神经损伤和阿尔茨海默病认知功能障碍的发生发展中呈现稳态失衡，生理病理条件下突触后兴奋性信号传递的调控机制有待深入阐明。本项目主要研究突触后蛋白质SUMO化调控的分子机制及其病理生理意义，主要研究内容和重要结果包括以下四个方面：（1）脑缺血后Src激酶对PIAS3的磷酸化调节作用。研究发现，脑缺血后在缺血易损的海马CA1区组织Src激酶引起PIAS3的酪氨酸磷酸化水平升高，PSD-95促进这一磷酸化作用，PIAS3Y61和Y270是潜在的Src激酶磷酸化位点，Src介导的PIAS3酪氨酸磷酸化使PIAS3由细胞核向细胞质中转位。（2）PSD-95介导脑缺血/再灌注突触后蛋白质的SUMO化。研究发现，脑缺血后PSD-95通过GK结构域直接结合PIAS3的SAP结构域，促进海马CA1区神经元突触后GluK2和nNOS的SUMO化。（3）突触后蛋白质SUMO化在缺血性脑损伤中的作用。研究发现，TAT-SAP特异地干扰脑缺血后PSD-95与PIAS3的结合，有显著的神经保护作用，表明脑缺血引起突触后过度的SUMO化，进而增强神经兴奋毒性。（4）神经网络活性改变突触后蛋白质的SUMO化。寡聚化的Aβ引起嗅球神经网络活性异常，这一变化是GABA能抑制性环路受损所致。持续的神经活性诱导nNOS等发生SUMO化，介导突触传递的长时程增强（long-term potentiation，LTP）；寡聚化的Aβ引起神经网络活性异常，nNOS去SUMO化。总之，本项目研究阐明了脑缺血后突触后蛋白质SUMO化增强的分子机制，揭示了其在缺血性脑卒中的病理意义，发现了潜在的脑保护分子靶点，研究中发现的干扰肽Tat-SAP有潜在的开发应用前景。此外，通过研究神经网络活性对突触后SUMO化的影响，揭示了nNOS SUMO化在突触可塑性中的作用，预示了突触后SUMO化异常在AD发生发展中的病理意义，在此基础上进一步深入研究将为AD的早期诊断和治疗提供新的思路。