钙离子通道cacophony调节细胞自噬的分子机理

Autophagy process is critical for maintaining the integrity of the neurons and prevent neuraldegeneration, however, we still know very little about this process. Our preliminary data shown that cacophany (cac) mutants, which affect the pore-forming subunit of the voltage gated calcium chanel, cause autophagy defects in Drosophila visural system. Interestingly,the mutations in CACNA1A，the mamalian homolog of cac,cause multiple human neurological diseseas including the poly-Glutamine expansion disease: SCA6. Although never been linked to autophagy defects, the tottering/leaner mice ,which carries a recesive mutation in CACNA1A, shows very similar neuraldegernerative phenotypes to the brain conditional knockout of Atg7.To analyze how cac regulate autophagy, we'll check which autophagy steps were affected in cac mutants. We'll analyze whether the autophagy function of cac is depend on its channel functions.We'll check where Cac is localized in normal cells and in cellsthat autophagy was induced. We'll examine whether cac mutants will enhance the degeneration phenotypes of Huntinton protein.Furthermore, we'll check whether there is autophagy defects in tottering mice cerebellum. We'll also test whether manuplating autophagy can suppress the degeneration phenotypes in tottering mice.

细胞自噬对维持神经细胞细胞正常生理功能防止早衰非常重要。 但目前对自噬的分子机理还不清楚。本项目前期工作发现在果蝇视觉神经系统中电压门控钙离子通道cacophany（cac）的突变体有自噬异常。cac的同源基因CACNA1A的突变会导致多种人类神经系统疾病包括SCA6。CACNA1A突变的"摇摆小鼠"也有神经早衰等症状，其表型与Atg7条件敲除小鼠非常相似。 但是人们从未把CACNA1A与细胞自噬联系起来。我们将以果蝇视觉神经系统为模型研究cac是如何调节自噬。我们将分析在cac突变中细胞自噬障碍发生在哪一阶段； 研究cac的钙离子通道功能与其在细胞自噬中的作用是否相关。我们还将检测Cac在正常细胞和细胞自噬被诱导的细胞中的定位。 我们还将分析cac突变是否可以加强亨廷顿蛋白的致病性。我们还将检测在摇摆小鼠中是否有细胞自噬异常，并将检测是否可以通过调控细胞自噬来减缓摇摆小鼠的神经早衰症状。

本项目发现一个编码果蝇电压门控通道(VGCC)α亚基的基因cacophony（cac）的突变也会导致果蝇视神经系统发生退行性变化，并伴随着大量细胞自噬小泡在感光神经元突触末端积累。进一步研究表明不但cac参与调节细胞自噬，整个VGCC复合体都参与这一过程，而且它们在细胞自噬过程中的作用在小鼠中也高度保守，小鼠中cac的同源基因Cacna1a的突变也会导致小鼠小脑神经元出现自噬障碍。有趣的是, Cacna1a的突变在人类中导致多种神经系统疾病包括：二型间歇性共济失调（episodic ataxia 2）、 一型家族性偏瘫型偏头痛familial hemiplegic migraine 1 (FHM1)、 失神癫痫（absence epilepsy）、6型脊髓小脑性共济失调（SCA6）等，但其致病机制并不非常清楚。他们发现CACNA1A不但定位于细胞质膜也定位于溶酶体膜上，溶酶体上的CACNA1A对溶酶体与自噬小泡及晚期内吞小泡的融合非常重要。这一发现不但填补了溶酶体与自噬小泡融合过程中缺失的一环，而且为治疗Cacna1a 突变导致的神经系统疾病提供了新思路。最为重要的是，这项研究发现细胞自噬过程中的溶酶体融合过程与神经突触中神经递质的释放过程并无质的区别，两个过程使用了非常类似的机制和“机器”，从而为研究这些基本细胞生物学过程的起源和进化，提供了重要实验证据。这一研究相关论文在PLOS Biology发表，被Faculty1000推荐阅读。更为重要的是，本研究为项目负责人实验室利用本项目搭建起了使用果蝇和小鼠两个模型研究人类神经退行性疾病的平台，相关的一系列研究共发表论文6篇，受到国内外同行关注。