蛋白激酶Cdk1磷酸化去甲基化酶LSD1在神经细胞凋亡中的作用和机制研究

Neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease are the most common diseases that impair heath of the elderly people. With the progression of diseases, postmitotic neurons re-entry into cell cycle and eventually die. Recent studies have demonstrated that Cdk1 could be activated when neurons re-entry into cell cycle and active Cdk1 could phosphorylate transcription factor FOXO1, leading to up-regulation of apoptotic genes and eventually neuronal cell death. However, whether there are other substrates of Cdk1 and its downstream signaling pathway are still to be elucidated. Previous work in our lab revealed that the demethylase LSD1 could be phosphorylated by Cdk1 and LSD1 was involved in neuronal cell death. LSD1 is the first identified histone demethylase, which forms demethylase complex to mediate chromatin remodeling and regulate many transcriptional downstream targets. Thus, we mean to adopt the molecular and biochemistry approachs, primary neuronal culture and mouse models to investigate the function and mechanism of Cdk1-LSD1 signaling pathway in neuronal cell death, to elucidate the Cdk1 activity and LSD1 mediated epigenetic modification in apoptotic gene regulation. The study will provide molecular basis for the diagnosis and therapy of neurodegenerative diseases.

阿尔茨海默病等神经退行性病变是全世界范围内危害老年人健康的主要疾病。在病变发生过程中，神经元细胞周期重新激活，并最终发生凋亡，但这一过程中具体调控机制尚未完全清楚。以前的工作表明，神经元细胞周期重新激活时，Cdk1激酶活性升高，磷酸化转录因子FOXO1，调控下游凋亡基因的表达，促进神经元的凋亡。然而关于Cdk1的其它底物及下游信号转导还尚待研究。我们的前期实验结果提示，去甲基化酶LSD1是Cdk1的底物，并介导了神经元的凋亡。LSD1是第一个被发现的组蛋白去甲基化酶，通过形成去甲基化酶复合体，调节染色体结构，从而广泛参与基因转录水平的调控。为此，我们拟利用分子生化、原代神经元、小鼠模型等手段详细研究Cdk1-LSD1信号通路在神经元凋亡中的作用和分子机制，阐明Cdk1激活和LSD1介导的表观遗传学修饰在调控凋亡基因表达中的分子机制，为神经细胞凋亡相关疾病的诊治提供理论基础。

阿尔茨海默病等神经退行性病变是全世界范围内危害老年人健康的主要疾病。在病变发生过程中，神经元细胞周期重新激活，并最终发生凋亡，但这一过程中具体调控机制尚未完全清楚。LSD1是第一个被发现的组蛋白去甲基化酶，通过形成去甲基化酶复合体，调节染色体结构，从而广泛参与基因转录水平的调控。以前的工作表明，神经元细胞周期重新激活时，Cdk1激酶活性升高，磷酸化转录因子FOXO1，调控下游凋亡基因的表达，促进神经元的凋亡。然而关于Cdk1的其它底物及下游信号转导还尚待研究。我们的研究结果显示，去甲基化酶LSD1可以作为Cdk1激酶的直接底物被其磷酸化。进一步研究发现Cdk1介导了LSD1的N端第59位点苏氨酸的磷酸化并增加了其去甲基化酶活性，而且该磷酸化随细胞周期的变化而变化。同时，我们证明了LSD1/CoREST/CtBP/HDAC复合体的形成对LSD1去甲基化功能的发挥是必要的。更重要的是，我们发现通过使用药物或者RNA干扰的方式抑制LSD1的活性可以显著促进低钾条件引起的神经细胞凋亡，说明LSD1作为组蛋白去甲基化酶在去极化剥夺引起的神经细胞凋亡过程中发挥了重要作用。所以，该研究提示了Cdk1-LSD1信号通路在神经元凋亡中可能的作用和分子机制，这为神经细胞凋亡相关疾病的诊治提供了一定的理论基础。