ATP13A2 调控锰离子依赖性 α-synuclein 寡聚体形成作用的研究

ATP13A2 gene mutation, Metal ions of manganese (Mn2+) exposure and the abnormal aggregation of α-synuclein are the key factors causing Parkinson syndrome, but the specific relationship between them is not clear. In our previous works, we found that ATP13A2 knockout (KO) mice showed abnormal levels of manganese, α-synuclein oligomerization, neurons loss in the brain. In addition, we found that Mn2+ can be combined with α-synuclein monomer by molecular dynamics simulation. It is suggested that there is a close correlation between ATP13A2 protein, manganese ion transporters, and intracellular α-synuclein accumulation. Based on our previous findings, this project will further investigate the link between ATP13A2, Mn2+ and α-synuclein in neurodegenerative disease. In order to clarify the mechanism of ATP13A2 in regulating the lysosomes manganese transport and synuclein aggregation, ATP13A2 KO mice, ATP13A2 gene over-expression, knockdown in cultured cell models will be used. In all, this grant might provide a new theoretical basis for prevention and treatment of neurodegenerative diseases.

ATP13A2 基因突变、金属离子锰（Ｍn2+）暴露和 α-synuclein 的异常聚集均是诱发帕金森综合征的重要困素，但三者之间的具体关系还不清楚。课题组前期工作发现 ATP13A2 基因敲除（KO）小鼠脑内二价微量金属离子锰的浓度异常、α-synuclein 寡聚化增加及神经元丢失，此外分子动力学模拟发现 Mn2+ 离子可以结合 α-synuclein 单体并使其构象发生变化，提示 ATP13A2 同细胞内锰离子转运和 α-synuclein 的聚集密切相关。本课题以 ATP13A2 KO 小鼠为基础，结合体外细胞培养及分子水平的互作研究。旨在揭示 ATP13A2 调控细胞内锰离子转运和 α-synuclein 聚集的方式，探讨 ATP13A2、Mn2+ 及 α-synuclein 在神经变性疾病中的相互关系，为神经变性疾病的预防和治疗提供新的理论基础。

ATP13A2 基因突变、金属离子锰（Ｍn2+）暴露和 α-synuclein 的异常聚集均是诱发帕金森综合征的重要困素，但三者之间的具体关系还不清楚。本研究以ATP13A2基因敲除小鼠、α-synuclein 转基因小鼠为基础，从动物整体水平、细胞水平及分子水平系统开展 ATP13A2 对锰离子转运及锰离子依赖性 α-synuclein 构象变化的研究，通过 α-synuclein 转基因小鼠与 ATP13A2 基因敲除小鼠交配，产生双基因改变实验小鼠，发现 α-synuclein 过表达会加重此种小鼠脑内黑质神经元的凋亡，目前尚无任何文献报告涉及这样双基因改变实验小鼠的工作，我们的工作有利于阐明在 PD 发生发展过程中不同的 PD 相关基因之间的相互作用关系，这是我们的创新。此外，发现 ATP13A2 缺失除了引起溶酶体锰等金属离子转运异常外，还能引起溶酶体内特定脂类的贮集，这个结果与已知的溶酶体脂类贮集引起的神经变性一致，同时动物实验发现给 ATP13A2 缺失小鼠喂养过量的相关脂类可以加重小鼠反复抓挠等非运动性的强迫表型，由此也说明 ATP13A2 这个转运蛋白与脂质转运有密切联系，因此本项目除了在细胞水平研究 ATP13A2 基因对金属离子转运作用外，还研究了其对脂类转运的影响和 α-synuclein 的构象变化，这有利于更加全面的阐明 ATP13A2 突变引起的 PD 的分子机制，为神经变性疾病的预防和治疗提供新的理论依据。综合动物、细胞和分子水平的数据分析，我们有理由推测，ATP13A2 缺失引起的神经变性疾病与金属离子锰异常引起的 α-synuclein 的构象变化密切相关，还可能与 ATP13A2 缺失引发的溶酶体内特定脂类贮集，进而引起 α-synuclein 的构象变化有关，这有利于从另一个方向阐明 ATP13A2 突变引起的 PD 的分子机制。