TTBK1非激酶活性介导的自噬抑制在神经退行性疾病发生发展中的作用机制
批准号:
82201571
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
20.0 万元
负责人:
史晴
依托单位:
学科分类:
神经退行性变及相关疾病
结题年份:
2024
批准年份:
2022
项目状态:
已结题
项目参与者:
史晴
中文摘要
TTBK1是一个在中枢神经系统中特异高表达的蛋白激酶。TTBK1可以磷酸化Tau和TDP-43,因此被报道与阿尔茨海默症、额颞叶变性和肌萎缩侧索硬化等神经退行性疾病密切相关。最近的研究发现TTBK1在小鼠大脑中过表达可引起显著的神经退行表型,但Tau/TDP-43的磷酸化未发生显著表达,提示有其他未知机制。申请人通过蛋白质亲和纯化质谱,鉴定到ATG8家族蛋白(GABARAP、GABARAPL1、GABARAPL2)是TTBK1的结合蛋白。功能实验证明TTBK1不能磷酸化GABARAPs,而是通过和GABARAPs蛋白的结合,抑制自噬体的形成,这一活性和激酶活性无关。鉴于自噬功能缺陷与神经退行性疾病的显著相关性,本研究提出TTBK1介导的自噬抑制是其促进神经退行性疾病分子机制之一的观点。
英文摘要
TTBK1 is a protein kinase that is a highly expressed in the central nervous system. TTBK1 can phosphorylate Tau and TDP-43 and has been reported to be closely associated with neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease, frontotemporal degeneration and amyotrophic lateral sclerosis. Recent studies demonstrated that TTBK1 overexpression in the mouse brain can cause a significant neurodegenerative phenotype, but Tau/TDP-43 phosphorylation is not significantly altered, suggesting other mechanisms may involve in this process. AP-MS-based protein identification revealed that autophagy-related ATG8 proteins (GABARAP, GABARAPL1, GABARAPL2) as binding proteins of TTBK1. Functional experiments demonstrated that TTBK1 cannot phosphorylate GABARAPs, but inhibited the formation of autophagosomes by inhibited of GABARAPs-ULK1 interaction, which was independent of kinase activity. Given that significant correlations between autophagy dysfunction and neurodegenerative diseases, we proposed that TTBK1-mediated autophagy inhibition leads to neurodegenerative diseases.
越来越多的证据表明神经退行性疾病和自噬之间存在联系。因此,自噬的病理功能可能是神经毒性的重要介质。在神经细胞中,自噬系统清除细胞中产生的错误或有害的蛋白质,从而保护神经细胞。当错误的蛋白质在神经细胞中积聚时,如Tau,就会引起神经功能紊乱,导致神经退行性疾病。因此,自噬系统的调控是维持神经细胞正常工作的关键。我们发现虽然TTBK1/2与GABARAPs家族蛋白特异性相互作用,不与LC3相互作用,但TTBK1/2不进入自噬体。在自噬形成过程中,TTBK1/2的细胞位置没有改变。这表明TTBK1/2和GABARAPs家族蛋白的作用可能是竞争性抑制作用。在以往的研究中,TTBK1/2作为Tau-微管蛋白激酶,可以催化Tau蛋白的磷酸化。同时,研究人员发现TTBK1/2的激酶活性与神经退行性疾病的发生发展有显著关系。然而,在本研究中,我们发现了一种不依赖于TTBK1/2激酶活性的自噬抑制作用,这种抑制作用是通过与GABARAPs相互作用来实现的。对于GABARAPs蛋白家族,已经确定它可以通过LIR区与相互作用的蛋白互作。我们发现TTBK1/2中存在多个符合LIR基序的基序,并且我们也证实了TTBK1/2通过这些基序(W/F/Y X1 X2 I/L/V)与GABARAPs蛋白相互作用。在TTBK2中,LIR区域更为保守,因此其作用可能更强。综上所述,在本研究中,我们发现TTBK1/2通过非激酶作用与GABARAPs相互作用,影响自噬,从而抑制神经退行性疾病,尤其是SCA11的发生。因此,针对TTBK1/2激酶活性的抑制剂可能无法作用于神经退行性疾病,如SCA11,应该针对TTBK1/2的转录和表达进行开发。
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