Alpha-synuclein与Rab3a蛋白的相互作用及其对锰干扰氨基酸类神经递质释放的影响

Manganese (Mn) is one of the common heavy metal pollutants in the environment and one of the environmental pathogenic factors of Parkinson's disease. Previous studies on the mechanism of Mn neurotoxicity, more concentrated in the oxidative damage and disturbing neurotransmitter metabolism. However, it has not been reported that Mn is how to interfere with synaptic vesicle trafficking and neurotransmitter release. This project aims to, based on the research on the neuronal glutamate metabolism and alpha-synuclein (α -syn) in the past, further put forward inference: In the early of Mn poisoning, first α-syn protein abnormal expression and the emergence of oligomerization, excessive α-syn protein by interacting with Rab3a protein, interfere with the transport and release of neurotransmitter in the synaptic vesicles, which led to the abnormal changes of neurotransmitters in synaptic gap. This project will use microdialysis combined with high performance liquid chromatography (HPLC) technology, dynamic monitoring the change of amino acids neurotransmitters in neural synaptic gap; and use the protein chip technology, validation of manganese disturbing the neurotransmitter release by influence on protein in synaptic vesicles. This project will not only provide some experimental and theoretical basis for the prevention and treatment of manganese poisoning and other neurodegenerative diseases, but also has important practical significance in strengthening manganese poisoning early health prevention.

锰（Mn）既是环境中比较常见的重金属污染物，又是帕金森病的环境致病因素之一。以往关于锰神经毒性的研究，多集中在氧化损伤和影响神经递质代谢方面。但是，锰是如何干扰突触囊泡转运和神经递质释放的具体机制研究却未见报道。本项目拟在申请人既往对神经细胞内谷氨酸代谢和α-突触核蛋白（α-syn）的研究基础上，进一步提出推断：在锰中毒的早期，首先α-syn蛋白表达异常并出现寡聚化，过多的α-syn蛋白通过与Rab3a蛋白的相互作用，干扰了突触囊泡中神经递质的转运及释放，进而导致突触间隙神经递质的异常变化。本项目将利用微透析与高效液相色谱相结合的技术，动态监测神经突触间隙氨基酸类神经递质的变化；并结合蛋白芯片技术，验证锰通过对突触囊泡相关蛋白的影响，干扰神经递质的释放。此项目不仅为预防和治疗锰中毒及其他神经退行性疾病提供一定的实验和理论依据，而且在加强锰中毒早期防治和保护锰接触者健康方面有重要的现实意义。

锰是一种神经毒物，过量的锰进入机体可引起广泛的病理损伤，透过血脑屏障沉积于脑部，产生相应的神经系统受损症状。长期以来，人们对锰的毒性作用进行了多途径、多方面的研究，但对其毒作用机制至今仍不十分清楚。本课题分别以小鼠、原代培养神经元、SH-SY5Y细胞系为研究对象，以锰影响SNARE复合物的形成为出发点，研究锰干扰突触囊泡融合的具体机制。我们的研究发现，锰可对SNARE复合物核心蛋白SNAP-25和VAMP-2造成不同程度的影响，使其不能行使正常的生理功能，从而导致SNARE复合物形成障碍，进而干扰突触囊泡融合。锰诱导细胞内钙离子超载，活化钙蛋白酶（calpain），降解SNAP-25导致其N末端碎片增多，从而影响SNARE复合物的形成；我们也用calpains的抑制剂celpeptin进行干预实验，发现SNAP-25的表达升高，裂解产物消失，但SNARE复合物的形成并没有恢复到正常状态，这也进一步说明还有其他因素干扰SNARE复合物的形成。锰可以诱导SH-SY5Y细胞中的α-突触核蛋白（α-Synuclein，α-Syn）表达增加，并与VAMP-2结合，影响SNARE复合物的形成，造成突触囊泡融合障碍。我们用慢病毒作为载体减少α-Syn基因和蛋白的表达后，用锰处理细胞发现：α-Syn与VAMP-2的结合明显下降， VAMP-2与其生理功能蛋白Synaptophysin结合显著增加，突触囊泡融合增加。我们的研究还发现，锰诱导的α-Syn蛋白过表达，可以干扰Rab3循环，进而影响突触囊泡的融合。因此，本课题得出结论：锰致细胞内钙离子超载，活化calpain，特异性地裂解SNAP-25；同时促使α-Syn蛋白表达升高，与VAMP-2蛋白结合增加，影响其正常生理功能，干扰SNARE复合物合成，而且过表达的α-Syn蛋白干扰Rab3循环，从而影响突触囊泡融合。此研究不仅为预防和治疗锰中毒及其他神经退行性疾病提供一定的实验和理论依据，而且在加强锰中毒防治和保护锰接触者健康方面有重要的现实意义。