CHIP介导的泛素-蛋白酶体途径在调控铝致tau蛋白异常磷酸化中的作用

Aluminum (Al) is believed to be a neurotoxic agent with deleterious effects on cognitive processes. Phosphorylated tau may be a useful indicator in the evaluation of cognitive function deterioration by predicting cognitive decline.Although the relationship between phosphorylated tau protein, a marker which is closely related to cognitive function, and the aluminum exposure becomes a new focus. Our preliminary study found that aluminum play a role in the hyperphosphorylation of tau. More and more studies have shown that the ubiquitin - proteasome system (UPS) is closely related to the degradation of hyperphosphorylation of tau protein. CHIP which is specific tau protein ubiquitin ligase play a critical role in ubiquitin proteasome pathway (UPP), so we explore an early biomarker which monitor cognitive decline induced by Al though measuring cognitive function and key factors in the UPP mediated by CHIP in Al-exposed worhers. In vitro study, using CHIP RNAi, CHIP plasmid transfection and CHIP different domain mutants plasmid transfection, and then ELISA, Western blot, immunoprecipitation and immunofluorescence, we measure the expression and activity of the key factors, the interactions and co-localization expression between the key factors in the UPP, and explore the key roles and specific mechanisms of UPP mediated by CHIP in hyperphosphorylation of tau induced by Al . This study would be providing the new clue for the neurotoxicity of aluminum.

铝的神经毒性主要表现为机体认知功能出现障碍，而与认知功能有密切关系的标志物磷酸化tau蛋白与铝暴露的联系成为新的关注点。课题组先期研究发现铝可导致tau蛋白异常磷酸化聚集。越来越多的研究显示泛素-蛋白酶系统（UPS）与tau蛋白异常聚集的降解密切相关。本研究拟从泛素-蛋白酶体途径（UPP）入手，选择tau蛋白特异性泛素连接酶CHIP为切入点，通过职业铝接触人群调查认知功能及测定CHIP介导的UPP中的关键信号因子，寻找监测铝致认知功能下降的早期生物标志物。同时采用体外实验，利用CHIP RNAi和CHIP质粒转染，CHIP不同结构域突变体进行质粒转染，通过ELISA、Western blot、免疫沉淀和免疫荧光等技术和方法，检测UPP中关键信号因子活性，及相互作用和共定位表达来阐明CHIP介导的UPP在调控铝致tau蛋白异常磷酸化关键作用及具体机制。本课题为铝神经毒性研究提供新的科学依据。

铝作为重要的基础工业原材料，在国民经济中占据非常重要的地位。我国原铝产量一直居世界首位。在铝作业环境中暴露的工人一直是铝神经毒性研究的重点人群。铝神经毒性主要是对神经系统的损害尤以认知功能最为显著。课题组先期研究发现铝可导致tau蛋白异常磷酸化聚集并与认知功能障碍密切相关。越来越多的研究显示泛素-蛋白酶系统（UPS）与tau蛋白异常聚集的降解密切相关。在项目研究期间共进行了四次人群样本收集工作，累计收集样本例数4013例。人群研究发现铝作业可以导致工人认知功能发生障碍，其中反应速度和注意力变化出现的较早。对铝作业功能的认知功能和tau蛋白水平分析提示认知功能的改变早于tau蛋白的变化，提示应寻找调控tau蛋白水平的生物标志物监测铝作业工人认知功能的变化更为合适。随后对测定的生物标志物进行分析显示CHIP参与的泛素蛋白酶体途径以及PP2A对职业铝接触导致的tau蛋白磷酸化有影响。其中P-tau181主要由UPP通路调控，P-tau231主要由PP2A和UPP通路调控。结果提示CHIP和PP2A可监测工人认知水平和tau蛋白变化的生物标志物。在细胞实验中本研究选择两种细胞系，分别是N2a和SH-SY5Y。由于课题组前期研究发现铝致tau蛋白异常磷酸化的位点存在种属差异，所以本研究选择鼠源性和人源性两种细胞系。实验结果显示GSK-3β和PP2A参与三氯化铝致tau蛋白异常磷酸化的合成过程。在N2a细胞以PP2A为主，而在SH-SY5Y细胞GSK-3β和PP2A均参与三氯化铝致tau蛋白异常磷酸化的合成过程。UPP参与三氯化铝致tau蛋白异常磷酸化的降解过程，但在不同种属来源的细胞存在位点特异性。在N2a细胞，UPP主要调控Ser262和Ser396磷酸化位点；而在SH-SY5Y细胞，UPP主要调控Thr231和Ser396磷酸化位点。UPP通路中的CHIP作为泛素连接酶E3，与tau特异性识别参与了铝致tau蛋白异常磷酸化中的作用。CHIP不同结构域中的U-box结构域主要发挥了E3泛素连接酶的活性，特异性识别tau蛋白，从而参与铝致tau蛋白异常磷酸化中的作用。本课题为铝的神经毒性研究提供新思路，也为职业人群老年性疾病的预防和治疗提供新的理论和实验依据。