线粒体自噬关键蛋白Parkin的动态修饰与化学小分子干预

Parkin is involved in the regulation of mitophagy in the pathogenesis of Parkinson's disease, however, the detailed mechanisms underlying its dynamic modification are still unknown. On the basis of previous studies, this project is 1) to investigate the temporal/spatial distribution and dynamic changes of Parkin in mitophagy; 2) to explore the regulatory mechanism underlying Parkin’s dynamic phosphorylation and regulation of mitophagy; 3) to reveal the effects of genetic modification (such as overexpression and knockdown of SHP2) on Parkin’s function using immuno-electron microscope and super-resolution imaging technology; 4) to screen chemical molecules targeting SHP2 to uncover the regulatory mechanism of Parkin in mitophagy using chemical biological methods. This project is of great significance for exploring the dynamic modification of Parkin in mitochondrial function and finding novel lead compounds that ameliorate mitophagy deficiency-triggered diseases.

Parkin调控线粒体自噬参与帕金森的发病，但其动态修饰影响功能的详细机制尚不清楚。本项目拟在前期研究的基础上，进一步考察在各种自噬诱导条件下Parkin的时空分布与动态修饰（丝氨酸磷酸化、酪氨酸磷酸化、泛素化）等属性；解析Parkin酪氨酸磷酸化位点及其对Parkin丝氨酸磷酸化和泛素化活性的影响，建立Parkin动态磷酸化-泛素化修饰与调控线粒体自噬功能之间的关联性；结合免疫电镜和超高分辨荧光成像等技术，通过改变去修饰酶SHP2的活性（过表达与敲减、激活与失活），来揭示Parkin的化学修饰规律与其功能的关系；借助化学生物学手段，筛选可靶向去修饰酶调控Parkin活性的化学小分子，以此为工具研究Parkin动态修饰的化学过程与调控机制，发现与确证调控线粒体自噬的新靶标和候选小分子。本项目对探索Parkin动态修饰影响线粒体功能以及寻找新的改善帕金森病的先导化合物均具有十分重要的意义。

帕金森病（PD）是一种慢性进行性神经退行性疾病，其病理特征通常被认为是由黑质中多巴胺能神经元的丢失所引起，这一疾病进程与线粒体自噬功能障碍密切相关。我们通过小分子化合物库筛选，发现降脂药洛伐他汀可与SHP2直接结合，激活SHP2并增强Parkin介导的线粒体自噬，显著减轻了PD小鼠的帕金森样症状。具体而言，在神经元细胞中发生线粒体损伤后，洛伐他汀可促进SHP2转位至线粒体，直接与Parkin相互作用，脱Parkin蛋白的Tyr磷酸化，增强Parkin介导的线粒体自噬以保护神经元细胞，促进其稳态修复进而改善PD。该研究揭示了SHP2介导的神经元细胞稳态修复的新机制，为线粒体受损引起的疾病如PD提供了新治疗方案。该研究发现的洛伐他汀通过增强神经元细胞上SHP2介导的线粒体自噬从而减轻小鼠帕金森样症状，为降脂药洛伐他汀用于帕金森病的治疗“老药新用”提供了理论依据。该项目共发表标注91853109资助的SCI论文13篇（其中影响因子大于10的6篇，高被引2篇，封面文章2篇），中文核心期刊论文1篇。该项目执行期间，共培养博士生11名，其中已毕业4名；培养硕士生15名，其中已毕业7名。参加国际学术会议4次，国内学术会议8次。申请国家发明专利5项，获授权2项。以第三完成人获2018年度教育部自然科学一等奖1项。