Aβ作用于活体细胞膜的原子力显微术研究

In the study of AD pathology, the pathological mechanisms of amyloid Aβcascade play an important role. However，the cytotoxic mechanism by the accumulation of misfolded Aβis not clear. As the most direct target of cell membrane, the study on the interaction of Aβwith Cell Membrane in vivo helps us to understand the pathogenesis of amyloid Aβ. First, we study the dynamic aggregation process of amyloid Aβ, the effect of amyloid Aβon cell membrane and the activation mechanism of downstream signaling pathway, using atomic force microscopy and AFM-TREC in combination with fluorecence microscopic imaging methods. Then, we study the effect of Aβ on the cell membrane structure, and analysis the distribution, structure and the function of Aβ in the cell surface by bio-nano-characteristic system of ESEM and Near-field fluorescence detection. Finally, to study the recognition mechanism of cell membrane with Aβ，we construct the chiral biointerface with the chiral factor of cell membrane and study the effect of chiral factor on structure, mechanical properties and thermodynamic aggregation of amyloid Aβ. This project systematically studys the impact factor of misfolded Aβ aggregation in order to investigate physiological mechanism and find new therapy .

在AD病理研究中，淀粉样蛋白Aβ级联病理机制具有重要位置。但这种体外聚集蛋白引发的细胞毒性机制还不明确。细胞膜作为错位折叠蛋白最直接的作用目标，原位研究Aβ与活体细胞膜相互作用有利于我们深入了解淀粉样蛋白致病机制。本课题围绕活体细胞膜与Aβ相互作用机制不清的问题开展工作。首先，运用原子力显微镜及AFM-TREC技术与荧光共聚焦显微镜联合成像表征系统，研究淀粉样蛋白Aβ在活体细胞膜生物界面上的动态聚集过程及原位研究Aβ对细胞膜的影响和下游信号通路活化机制。其次，利用环境扫描电镜和近场荧光光谱检测的纳米生物学表征系统，研究Aβ对细胞膜结构的影响，并对Aβ在细胞膜生物界面上的分布，结构和功能进行分析。最后，提取生物膜的手性因素体外构建手性界面，利用AFM和其他表征手段，研究手性因素对Aβ聚集结构，力学性质及聚集动力学的影响。系统研究Aβ折叠影响因素及致病机制。

本研究以淀粉样β蛋白与神经细胞为研究对象，探索了淀粉样β与细胞相互作用机制。首先运用原子力显微镜和环境扫描电镜对淀粉样β蛋白及细胞进行表征，细胞膜表面生物分子影响Aβ聚集条件，加速Aβ蛋白聚集，淀粉样β蛋白可形成环状单体，环状单体在细胞外基质构建的界面上组建规律结构，并在细胞膜界面上发现类似的“膜孔”结构。淀粉样β蛋白短时间作用可使细胞发生病理性应激病变。. 其次探索了低浓度淀粉样蛋白对神经细胞蛋白质组学的影响及其作用的信号通路。结果显示，细胞通过上游GSK-3β信号通路对低浓度的Aβ做出急性响应。Aβ长时间作用于神经细胞时，神经细胞抑制GSK-3β下游信号通路中的caspase-3的活性，并影响APP、ezrin和MAP2蛋白分子的代谢。APP、MAP2和ezrin调节神经细胞突触的生理状态。主要总结为以下两点：1.细胞通过GSK-3β对低浓度淀粉样蛋白急性刺激做出响应，结果显示低浓度淀粉样蛋白通过调节GSK-3β通路相关蛋白的表达调节神经细胞。2.细胞对低浓度淀粉样蛋白长时间调整应激，会抑制细胞凋亡相关通路caspase-3的活性来调节细胞生理状态。. 最后，探究了RA和手性分子修饰的纳米材料在神经退行性疾病中的运用。实验结果表明RA协同Aβ40损伤SH-SY5Y细胞。RA抑制Aβ40单体纤维化，使高毒性的Aβ寡聚体和原纤维含量升高，致使胞内ROS和NO含量升高，造成氧化损伤，最终加速细胞凋亡。手性分子修饰的纳米材料会协同神经信号分子加速神经细胞的凋亡。该材料能改变细胞形貌，并在细胞内代谢产生直径在500 nm左右的球状物。导致细胞对低浓度的神经信号分子耐受能力降低，并增加胞内ROS和NO的含量，破坏氧化-抗氧化系统平衡，诱导产生氧化损伤，同时MAPK信号通路也被激活，触发级联反应，最终导致细胞凋亡。. 研究淀粉样蛋白对神经细胞的影响机制促进全面了解阿尔兹海默症细胞分子机制，有助于深入探索AD的发病机制。