帕金森病相关蛋白parkin新底物的发现及对线粒体自噬的作用

Parkinson's disease is a common neurodegenerative disease. One of the core factors that results in PD pathogenesis is the damage of mitochondria. Recent studies showed that parkin-mediated mitophagy is involved in the cellular protection. As parkin is an E3 ligase, it is important to identify its mitochondrial substarte that is involved in mitophagy. We recently found that parkin interacts with the mitochondrial protein Nix and that Nix may be involved in perkin-mdiated mitophagy. Based on these findings, we plan to investigate following issues: (1)if parkin ubiquitinates Nix and what is the mechanism for mitophagy; (2)the impact of drugs such as rotenone on parkin and Nix; (3)mitophagy for damaged mitochondria driven by parkin/Nix and its protective effects in animal models. We expect to elucidate by which mechanism parkin functions in mitophagy by regulating its substrate and explore its role in neuroprotection in vivo.

帕金森病（PD）是一种常见的神经退行性疾病，其中线粒体损伤被认为是导致其病理改变的核心因素其之一。最近国内外研究表明parkin介导的线粒体自噬参与了细胞保护。由于parkin是一个E3链接酶，发现其作用的线粒体底物对线粒体自噬至关重要。我们的前期结果显示parkin可与线粒体蛋白Nix结合，Nix可能介导了parkin的线粒体自噬。本课题拟在前期预实验基础上，运用生化、细胞学技术，在细胞和动物模型上研究（1）Parkin是否泛素化Nix以及参与线粒体自噬的细胞生物学分子机制；（2）环境因素鱼藤酮等药物对parkin和Nix的影响；（3）动物模型中parkin和Nix对损伤线粒体清除，以及对中脑多巴胺能神经元保护作用。通过上述研究，阐述parkin的关键底物对线粒体清除所起的作用及其机制，并探讨其在体保护作用。

帕金森病（PD）的遗传和环境因素都可能引起疾病的发生。一些环境毒素，如鱼藤酮、MPTP等线粒体复合物I可以在动物模型上引起帕金森病样症状，且在病人脑样本中发现有线粒体复合物I的损伤。.损伤线粒体的清除主要依赖自噬，自噬是真核细胞中降解长寿命蛋白和受损细胞器的主要途径，是近年来生命科学的研究热点之一。本项目对PD中的线粒体损伤和清除机制进行了研究，并对保护PD模型线粒体损伤的化合物进行了探索。.我们发现，线粒体外膜蛋白NIX是PD相关蛋白parkin（park2的编码蛋白）的底物，线粒体损伤时，线粒体膜蛋白PINK1招募parkin至线粒体膜，泛素化线粒体外膜蛋白NIX，促进线粒体自噬；在PINK1和parkin突变情况下，不能泛素化NIX，而在环境毒素影响下，PINK1异常降解，parkin不能作用于线粒体NIX的泛素化，引起损伤线粒体的自噬减少，引起多巴胺能神经元损伤的发生。 .我们还发现PD相关蛋白OMI（park3的编码蛋白）与线粒体再生相关，野生型Omi酶切GSK3β防止PGC-1α的过度磷酸化而保持PGC-1α含量，维持线粒体生成稳态平衡；酶活性丧失突变体Omi不能酶切GSK3β，导致其过度激活引起下游底物PGC-1α的磷酸化并诱导其蛋白酶体降解，引起线粒体生成障碍，导致神经退变的发生。.我们研究中还发现小分子氨基咔唑类化学物P7C3通过抑制GSK3β/p53通路的活化以及ROS的产生在在体动物模型和细胞模型上都显著抑制MPTP或MPP+诱导的多巴胺能神经元损伤。我们的研究首次表明小分子化学物P7C3通过维持线粒体功能和抑制氧化应激两方面保护多巴胺能神经元免受神经毒素损伤，揭示了P7C3及其衍生物在帕金森病治疗中巨大的潜在临床应用价值。