TMP21调节γ-分泌酶复合物转运和组装过程的研究

Alzheimer’s disease (AD) is the most common type of dementia. The deposition of amyloid-β (Aβ) in the brain is the unique pathologic feature of AD. The Aβ generation plays the most important role in AD pathogenesis. TMP21 mediated proteins trafficking and maturation between ER and Golgi. Recent studies found the dual role of TMP21 in altering the maturation and trafficking of amyloid-β precursor protein (APP), and selectively modulating γ-secretase activity. Our previous study showed a single nucleotide polymorphism (SNP) in intron 4 of TMP21 that was associated with a 1.5 odds ratio for Alzheimer’s disease (AD). This variant accelerated TMP21 pre-mRNA splicing efficiency and finally led to the increase of amyloid-β (Aβ) generation in vitro. However, the exact roles of TMP21 in γ-secretase are still unknown. All four components of γ-secretase complex transport through ER to Golgi and assembled within ER. The fully matured actived γ-secretase complex was formed after passing through Golgi. It has been found that TMP21 interacts with γ-secretase complex. Here, we hypothesized that TMP21 might affect the traffic and assembly of γ-secretase complex. Selective regulation of Aβ generation via modulating the interaction between TMP21 and γ-secretase complex will be a prospective therapeutic target for AD.

阿尔兹海默病是最常见的一种老年痴呆症，脑内β淀粉样蛋白Aβ的沉积是此病特有的病理改变。目前广泛认为Aβ的产生是此病主要的致病机制。TMP21是多种蛋白在内质网和高尔基体间转运及成熟的重要载体，近年研究发现它通过调节Aβ前体蛋白APP的转运并特异性调控γ-分泌酶活性从而影响Aβ的产生。我们发现在TMP21的4号内显子上一个单核苷酸多态SNP在阿尔兹海默病人中出现频率为对照组的1.5倍，且这个SNP在疾病的细胞模型中大大增加了Aβ的产量。然而，TMP21调节γ-分泌酶的作用机理还不清楚。由于γ-分泌酶复合物各组份在内质网与高尔基体间的转运和组装对于其成熟及活性表达至关重要，且我们及他人的研究发现TMP21与γ-分泌酶复合物各组份之间有相互作用。因此，我们假设TMP21参与介导γ-分泌酶复合物各组份的转运和组装，调节TMP21与γ-分泌酶复合物的相互作用极有可能成为特异性控制Aβ产量的药物靶点。

本研究我们首先探讨了TMP21与γ-分泌酶间的相互作用，我们免疫共沉淀的结果提示，TMP21只是和γ-分泌酶复合物的部分组成蛋白PS1和Aph1之间有相互作用，而不是和所有的组成蛋白都有相互作用。荧光共聚焦成像的结果也进一步证明了TMP21确实与γ-分泌酶复合物的组成蛋白PS1和Aph1之间有空间共定位，但不是和所有的组成蛋白都有空间共定位。我们进一步在离体细胞水平研究中发现过表达和抑制TMP21均可以促进APP的病理性剪切及Aβ产生过程 （部分结果已经发表）；然而进一步研究发现，TMP21与PS1和Aph1之间相互作用是间接作用而非直接作用。TMP21或许通过别的重要蛋白的相互作用影响了PS1和Aph1的转运过程，抑制这两个蛋白在γ-分泌酶复合物的组装过程中的作用。或是通过与APP病理性生成Aβ相关的其他重要蛋白相互作用，影响了Aβ的产生。为寻找更多与TMP21相关的蛋白，我们进一步使用了两组模型进行了全转录组芯片扫描，一组是离体人源HEK293细胞系为背景稳定过表达人TMP21的HTM细胞系，一组是在体动物模型使用C57BL/6 小鼠为背景杂合敲除Tmp21基因的S2P23小鼠海马和前额叶皮质区脑组织。我们通过全基因组表达谱通过与对照相比分析，寻找组间差异基因、进行Gene ontology富集分析, canonical pathway通路分子和网络分析 network analysis，寻找TMP21相关的所有分子及其信号通路和功能通路。芯片扫描的分析结果中，我们看到了很多TMP21 可能潜在的重要功能和可能通过多条通路在阿尔兹海默症的发病机制中起重要作用、如蛋白转运、神经系统的发育和遗传信息的转录等重要分子生物学过程。这部分结果已成文投稿，有望近期发表。我们的研究结果为进一步探索TMP21在阿尔兹海默症中的作用机制提供了新的思路和方向。