线粒体未折叠蛋白反应缓解Aβ蛋白聚集毒性及其机制研究

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随着人口老龄化进程的加快,衰老相关疾病如神经退行性疾病正在受到越来越多的关注,然而目前没有能够完全治愈这类疾病的药物。尽管目前对于阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)的发病机制有了更深的理解,但其准确发病机制仍不清楚。已有很多研究表明线粒体功能障碍与人体内一些神经退行性疾病密切相关,线粒体的蛋白稳态与AD、PD等疾病的病理进程有着密切的联系。因此,针对线粒体功能稳态的调控有望成为干预这类疾病病理进程的有效策略。在线粒体所有应激信号通路中,线粒体未折叠蛋白反应(Mitochondrial unfolded protein response,UPRmt)是较为保守的一条信号通路,也是线粒体发生功能损伤时激活的早期保护性反应,而AD患者发病过程中都伴随着线粒体的功能损伤,因此UPRmt具有神经保护作用的潜力。本文构建了能产生UPRmt的秀丽线虫RNA干扰菌,利用转基因表达hsp-6::GFP的秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans,C.elegans)模型,验证了构建的RNA干扰菌能有效产生UPRmt的作用。然后利用转基因表达Aβ的秀丽线虫模型,评价UPRmt对AD线虫模型行为学功能障碍的影响,并利用硫磺素T染色定量检测线虫体内Aβ蛋白含量。利用野生型秀丽线虫,评价UPRmt对野生型线虫模型寿命的影响。然后利用COPAS平台定量检测经过干扰和未干扰AD线虫模型的体型大小,评价其发育情况。检测UPRmt作用的AD模型线虫体内ATP含量、活性氧水平。利用转基因秀丽线虫模型检测UPRmt产生后DAF-16转录因子的激活情况及其下游基因sod-3的活化情况。最后通过对AD线虫模型mRNA测序进一步研究UPRmt对Aβ蛋白毒性的抑制作用机制。用转基因表达hsp-6::GFP的秀丽隐杆线虫SJ4100进行的实验显示,构建的四种RNA干扰菌均能活化UPRmt,而且能显著降低被干扰基因(tomm-22、E04A4.5、cco-1和uno-1)的mRNA水平。利用AD模型的秀丽线虫CL4176进行的实验表明,活化的UPRmt能够降低CL4176线虫的瘫痪率,而且能够降低其体内的Aβ蛋白含量。同时,利用COPAS检测被干扰的CL4176线虫大小的实验表明,线粒体基因沉默诱发UPRmt的抗Aβ蛋白聚集作用与其引发的发育延缓无关。指标检测发现,活化的UPRmt能够降低CL4176线虫体内的ATP含量以及活性氧水平,表明UPRmt可能通过缓解氧化应激缓解Aβ聚集毒性。利用野生型秀丽线虫N2进行的实验表明,UPRmt的活化能够延长寿命。利用转基因表达daf-16::GFP的秀丽线虫GR1352进行的实验显示,UPRmt能够促使DAF-16转录因子的入核。同时,分别利用转基因表达sod-3::GFP的秀丽线虫CF1553进行的实验表明,UPRmt能够诱导sod-3的活化。进一步的AD模型CL4176 mRNA测序结果显示,UPRmt缓解AD模型的AD进程作用可能与细胞自噬和凋亡的相关信号通路有关。综上所述,UPRmt不仅可以缓解线虫模型中由Aβ聚集引起的行为学功能障碍,也可以降低线虫体内的Aβ蛋白含量,并延长秀丽线虫的寿命。这些结果为进一步了解和扩展UPRmt对于神经退行性疾病的治疗机制研究提供了前期基础,使用靶向调控线粒体未折叠蛋白反应的药物或者治疗也许是一种行之有效的治疗某些疾病如神经退行性疾病的手段。
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