BIN1的表观遗传调控及其介导tau病理参与阿尔茨海默病的机制研究

BIN1 is the most important genetic susceptibility locus in late-onset Alzheimer’s disease (LOAD) after APOE. Recent studies have revealed that brain DNA methylation at BIN1 was changed in AD, which might have an effect on BIN1 expression and thus influence the pathological process of AD. However, whether the DNA methylation changes are also present in peripheral blood of LOAD patients, and its detailed molecular mechanisms in AD pathogenesis are still unknown. Based on the established large samples of Han Chinese LOAD patients, our current researches intend to evaluate the relationship between the methylation status of BIN1 promoter and AD risk in peripheral blood mononuclear cells, and to explore the putative role of DNA hypomethylation in regulation of its transcription and expression levels through nontargeted/ targeted demethylation methods. Then, the regulatory role of BIN1 in autophagy pathway, tauopathy, neuron loss, and cognitive impairment were confirmed by overexpression or silencing of BIN1 using lentivirus vectors in vitro and in vivo. This project will fully reveal the effects of epigenetic modulation on BIN1 levels, and offer a novel target for early warning, diagnosis and treatment of AD via uncovering its underlying molecular pathogenesis.

BIN1是继APOE之后LOAD最重要的易感基因。新近证据表明：AD脑内BIN1存在甲基化改变，并可能影响其表达进而调控AD病理进程；但上述甲基化改变是否在AD外周血同样存在，及其参与调控的分子机制目前尚不明确。我们拟在前期建立汉族人群LOAD资源库的基础上，采用外周血单个核细胞，证实BIN1启动子区DNA甲基化状态与AD的易感关联；并通过非定向/定向去甲基化技术，探讨低甲基化对BIN1转录表达的调控。此外，拟运用慢病毒为载体的基因过表达/干扰技术，在细胞和活体层面对BIN1进行靶向干预，观察高表达BIN1及其下游分子对tau蛋白磷酸化的影响，阐明BIN1参与AD病理进程的分子机制；并验证靶向抑制BIN1对自噬信号通路、tau病理、神经元丢失及认知功能障碍的治疗作用。本项目的完成不仅能推动AD表观遗传学认识，更能丰富并完善AD的tau病理发生机制，将为AD预警、诊治和药物研发提供新的靶点。

本项目首次揭示了外周血BIN1启动子区甲基化水平在AD临床前阶段的易感性关系。首次发现外周血BIN1启动子区甲基化水平在AD临床前阶段就已经存在异常改变；同时发现BIN1启动子甲基化水平对临床前AD的发生风险具有一定预测价值；在此基础上，我们进一步对外周血BIN1启动子区甲基化水平和AD早期病理指标之间的关系进行了探讨，发现外周血BIN1启动子区甲基化水平和AD早期病理变化具有显著相关性。最后，通过转基因小鼠模型，我们验证了BIN1表达水平的改变可以影响认知、神经元及突触损伤，并能够显著影响tau病理的改变。以上研究结果提示外周血BIN1启动子区域甲基化状态可能成为一种新的AD早期生物标志物。这一重要发现也促进了外周血BIN1相关生物标志物的探究。丰富了表观遗传学在AD致病机制中的重要作用。同时也丰富了BIN1参与AD发生发展的机制。为AD的机制、诊断以及治疗等方面的研究提供了新的方向和靶点。课题进行期间项目相关成果在Neuroscience And Biobehavioral Reviews、 Journal of Neurology Neurosurgery and Psychiatry、Alzheimers Reseatch Therapy、 Aging等国际顶级杂志共发表SCI收录论文8篇，累计影响因子47.99分，部分研究结果扔在投稿中。本项目研究成果获批发明专利1项目。荣获中华医学会医学科技奖科技进步三等奖1项，山东省科技进步二等奖1项，青岛市科学技术二等奖1项。本项目支持下，项目多位主要成员参加日本及美国神经病学国际会议，并获得大会奖学金以及国际学者奖。依托本项目前后期工作的成果支持，项目的主要参与成员入选山东省“泰山学者”。本项目共培养博士3名，硕士5名。本研究成果为建立AD的早期多模态风险预测模型提供了重要理论基础，并且其相关研究成果已经在多家大型医院推广应用，这为后续深入探讨AD的发生机制和防治措施奠定了坚实基础，取得了显著的社会效益。