Rac1香叶酰香叶酰化修饰在帕金森病发生中的作用与分子机理研究
批准号:
82101337
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张瑞洁
依托单位:
学科分类:
运动障碍性疾病
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张瑞洁
中文摘要
氧化应激致神经元焦亡与帕金森病(PD)的发生密切关联。氧化应激状态下,NADPH氧化酶复合物各调节亚基Rac1、p67phox和p47phox等先后募集于细胞膜上,进行动态组装进而活化产生过量H2O2诱导神经元焦亡。已有研究表明,Rac1香叶酰香叶酰化修饰后从胞浆易位于细胞膜发挥生物学作用。我们前期工作发现Rac1香叶酰香叶酰化修饰对NADPH氧化酶的活化,H2O2的过量产生,以及神经元的焦亡起重要调节作用,但其在PD中的作用机理尚待探究。本项目拟通过PD模型,综合研究Rac1香叶酰香叶酰化修饰动态调控NADPH氧化酶组装活化的分子机制,及其在过量H2O2产生介导神经元焦亡中的调节作用机理,深入探索Rac1香叶酰香叶酰化修饰在PD发生中的生物学功能,并评估相关药物及抑制剂在PD防治中可能的临床应用价值。我们的工作将为防治氧化应激诱导的PD发生提供新思路和新的潜在治疗靶点。
英文摘要
Oxidative stress induces neuronal pyroptosis which is closely related to Parkinson's disease (PD). Under oxidative stress, NADPH oxidase complex subunits Rac1, p67phox and p47phox recruit on the cell membrane to assemble and activate dynamically, resulting in excessive H2O2 which would induce neuronal pyroptosis. Recent studies have shown that Rac1 geranylgeranylation could locate on the cell membrane from the cytoplasm to perform biological functions. Our previous work has found that Rac1 geranylgeranylation played an important role in regulating the activation of NADPH oxidase, excessive production of H2O2 and neuronal pyroptosis, but its mechanism in PD remained to be explored. This project intends to study the molecular mechanism of Rac1 geranylgeranylation in the dynamic regulation of NADPH oxidase assembly and activation through PD models comprehensively, and its specific function in inducing excessive H2O2 which has mediated neuronal pyroptosis. It also explores the biological function of Rac1 geranylgeranylation in PD, and evaluates the potential clinical application value of drugs and inhibitors in the prevention and treatment of PD. Our work will provide a new approach and a potential therapeutic target for the prevention and treatment of PD which is induced by oxidative stress.
帕金森病(PD)是世界范围内第二大常见的神经退行性疾病,主要表现为中脑黑质区域多巴胺能神经元进行性丢失和路易小体的形成。PD发病机制尚不明确,其中氧化应激作为主要因素受到广泛关注。前期研究中,我们发现神经毒素6-OHDA、MPP+和鱼藤酮通过上调NADPH氧化酶复合物各个亚基的水平诱导H2O2的产生,从而导致神经元凋亡。氧化应激状态下,NADPH氧化酶复合物调节亚基Rac1香叶酰香叶酰化修饰后,与其它亚基p67phox、p47phox等先后募集于细胞膜上,进行动态组装进而活化产生过量H2O2诱导神经元死亡。本项目旨在研究Rac1蛋白的香叶酰香叶酰化修饰在PD发病过程中的生物学作用,并评估相关药物在预防和治疗帕金森病中潜在的临床应用前景。为了准确反映Rac1的香叶酰香叶酰化修饰发生,我们设计了点击化学的检测方法,可以在生理条件下特异性标记发生香叶酰香叶酰化修饰蛋白。我们首先证实了PD细胞模型中香叶酰香叶酰转移酶过度激活导致Rac1发生香叶酰香叶酰化修饰,而香叶酰香叶酰修饰相关的抑制剂simvastatin和GGTI-298可以通过抑制NADPH氧化酶的活性,来降低6-OHDA诱导的胞内ROS积累。不仅如此,我们还选用天然的抗炎、抗氧化剂绿原酸(CGA)探究氧化应激在神经元死亡中扮演的角色。在研究过程中,我们发现PD发生中除神经元焦亡之外,还受到神经元凋亡的影响,而相关药物及CGA有效的通过抑制氧化应激营救了神经元凋亡。之后利用PD转基因老鼠A53T给予simvastatin,GGTI-298或CGA处理,检测大脑皮层和纹状体区域Rac1-GTP活化情况,同时选取Cre-loxP系统构建香叶酰香叶酰转移酶Ⅰ的β亚基敲除小鼠,脑定位注射6-OHDA构建黑质单侧损毁PD模型,通过步态分析系统检测运动学表征。不同的小鼠模型都成功表明无论是抑制剂和抗氧化剂,还是阻碍黑质部分神经元香叶酰香叶酰化修饰,均改善PD小鼠的运动障碍,阻滞PD病理进程。我们的实验综合证实,PD发生中Rac1的香叶酰香叶酰化调控了NADPH氧化酶的组装活化,进而产生过量ROS诱导神经元凋亡,相关抑制剂和抗氧化剂的应用显著延缓了PD的发生发展。本项目的研究成果将为探索PD潜在治疗策略提供理论依据。
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