c-Abl-Drp1信号转导在老年痴呆症中的作用和机制研究

Alzheimer's disease (AD) is one of the most common forms of dementia in the aged people and there is no effective therapeutic drug due to the incompletely uncovered mechanisms. It is critical to define the molecular signalling underlying the development of AD. We have previously reported that the non-receptor tyrosine kinase c-Abl was involved in oxidative stress-induced neuronal cell death and possibly linked to the pathogenesis of Alzheimer's disease (J Neurosci, 2011). Our preliminary data showed that c-Abl phosphorylated Drp1 (Dynamin related protein-1) at Tyrosine 654, which altered the subcellular localization and protein stability of Drp1 and promoted Drp-1 mediated mitochondrial fragmentation. Inhibition of c-Abl kinase activity could rescue the reduction of Drp1 protein levels induced by Aβ overloading. Additionally, we found that c-Abl and Drp1 synthetically regulated Aβ induced autophagy in the neuronal cells. Taken together, our findings suggested that c-Abl-Drp1 signaling pathway might be involved in the process of degenerative neuronal apoptosis. In this proposal, we aim to uncover the biochemistric mechanism of c-Abl-Drp1 signalling-regulated mitochondrial dynamics and autophagy, as well as the neuronal apoptosis in the neuron cells and AD models (APP transgenic fly and mouse) by using cellular and molecular biological techniques. In summary, we aim to elucidate the signalling mechanisms underlying the development of Alzheimer's disease with the implication of novel therapeutic avenue for AD.

随着人口老龄化的加剧，老年痴呆症成为影响人类健康的重要疾病之一，至今尚无特效药物和治疗手段，因此阐明该病的分子发病机制对其治疗具有重要意义。我们前期研究证明，酪氨酸激酶c-Abl在氧化应激诱导的神经细胞凋亡过程中发挥重要作用 (J Neurosci, 2011)。进一步我们发现，c-Abl可以磷酸化线粒体相关蛋白Drp1，并影响其亚细胞定位和蛋白稳定性，以及Drp1介导的线粒体动态平衡；此外，c-Abl-Drp1通路可以调控Aβ诱导的神经细胞自噬。在此基础上，本课题拟利用分子、细胞生物学和信号转导的研究手段，结合AD细胞、果蝇及小鼠模型，研究c-Abl介导的Drp1翻译后修饰的具体生化机制，探讨c-Abl-Drp1信号转导对线粒体动态平衡、自噬和退行性神经细胞凋亡的调控机制，阐明c-Abl-Drp1信号通路在老年痴呆症发生中的作用机理，为该病的临床诊治提供理论依据和可能的治疗靶点。

氧化压力引起的线粒体功能障碍和神经细胞凋亡是神经退行性疾病发病的主要的原因之一。动力相关蛋白Drp1是线粒体动态调控的重要蛋白，其活性受到多种翻译后修饰的调控，包括磷酸化，泛素化，类泛素化，亚硝基化以及糖基化。本项目的既定目标是利用分子、细胞生物学和信号转导的研究手段，研究c-Abl介导的Drp1翻译后修饰的具体生化机制，探讨c-Abl-Drp1信号转导对线粒体动态平衡和退行性神经细胞凋亡的调控机制。在本研究的资助下，我们发现非受体酪氨酸激酶c-Abl可以在体内体外磷酸化Drp1,并且通过构建Drp1突变体鉴定出其磷酸化位点主要为Y266，Y368和Y449三个酪氨酸位点。进一步的研究发现，c-Abl介导的磷酸化通过促进Drp1蛋白的GTPase酶活从而促进线粒体的分裂。而Drp1磷酸化位点突变体则可以有效降低由氧化压力引起的Drp1蛋白活性升高及过多的线粒体分裂。最后，我们发现抑制c-Abl介导的Drp1磷酸化可以减少由氧化压力引起的原代神经元的凋亡，表明c-Abl-Drp1信号通路参与调节氧化压力引起的线粒体过度分裂及神经细胞凋亡，并且提示了该通路在神经退行性疾病的发生发展过程中可能发挥的重要作用。目前本部分成果已经整理投稿。. 在完成上述科研任务的同时，我们对退行性神经细胞凋亡的机制研究进行了拓展，希望从干细胞增殖调控角度寻找抑制退行性神经细胞凋亡的关键靶点。通过本项目的资助，我们发现BMP信号通路与Hippo信号通路之间的cross-talk对神经干细胞的增殖调控起关键作用，这一研究为寻找治疗神经退行性疾病的潜在靶点奠定了初步基础。此外，我们还筛到了Hippo通路下游的关键调控因子Brahma (Brm)，该因子通过调控Hippo通路的活性调控器官大小。这一研究为我们将来研究大脑发育与神经退行性疾病的相关性提供了重要的前期基础)。此外，在探索ER stress在神经退行性疾病中的作用时，我们意外地发现，阻断Wntless (EVi/Wls)从早起内吞体到高尔基体的囊泡转运可以阻断Wingless (Wg/Wnt)蛋白的分泌，从而激发Wg从高尔基体到ER的逆向囊泡转运并导致ER stress，这一课题为我们将来研究囊泡转运对神经退行性疾病的调控奠定了初步的基础。