Cdk5 磷酸化Bag3 及其在神经元突触功能和凋亡中的作用与机制研究

Alzheimer's disease (AD) is an non-curable, severe neuronal degeneration disease. The final reason for the pathogenesis of AD is the neuronal death and loss. Thus the investigation of the neuronal death mechanism during AD pathogenesis is vital for the prevention and curing of AD. The activation of Cyclin Dependent Kinase 5(Cdk5) by P35(P35-Cdk5) is vital for maintain the normal neuronal function, the atypical activation by the cleavage truncation of P35: P25(P25-Cdk5) is correlated with the pathogenesis of Alzheimer’s disease (AD). Less reports have been addressed to investigate the functional pathway variation between Cdk5-P35 and Cdk5-P25. We recently identified Bag3 (Bcl-2-associated athanogene 3) is a specific target of P25-Cdk5, but cannot be phosphorylated by P35-Cdk5. We then identified the phosphorylation site of Bag3 by P25-Cdk5, and custom-made a specific phospho-antibody which can recognize the phosphorylation of Bag3. We then found that the phosphorylation of Bag3 is correlated with the dysfunction of synaptic transmission and neuronal death which is dramatically effect by P25-Cdk5. Thus, Bag3 may be the key protein for the switch of normal Cdk5 function to disease related function. By using phospho-Bag3 antibody, bag3-/-, cdk5-/-, AD mice models, we will investigate the phosphorylation modification of Bag3 by Cdk5, and its’ effects on neuronal synaptic function and neuronal death. The current research will benefit us to understand the detailed mechanism of P25-Cdk5 induced neuronal dysfunction and provide new pharmatheutical target for prevention and cure of AD.

阿尔茨海默病（AD）是一种严重影响人类健康的神经退行性疾病。导致AD发病的最终原因是神经元的死亡丢失。因此充分理解AD致病过程中神经元凋亡的机制对于AD 的防治十分重要。细胞周期蛋白激酶5（Cdk5）（P35-Cdk5）对维持正常神经生理功能具有重要的作用，而其异常的激活(P25-Cdk5)直接参与了AD的发生发展，但对于P35-Cdk5和P25-Cdk5的神经功能差别研究还很缺乏。我们使用磷酸化蛋白质组学鉴定出了Bag3是P25-Cdk5，而不是P35-Cdk5的底物。P25-Cdk5 对Bag3 的磷酸化调控了神经元的突触传递和凋亡。 因此Bag3可能是Cdk5功能转变的关键点。我们将使用定制的pBag3 磷酸化抗体，bag3-/-,cdk5-/-,AD 等小鼠模型研究P25-Cdk5 对Bag3 磷酸化修饰后对神经突触功能和神经元凋亡的影响和机制, 为寻找治疗AD新的靶点提供依据。

突触功能紊乱在很多神经疾病尤其是阿尔茨海默病（AD）的发生发展中具有重要作用，但其具体机制还不清楚。阿尔茨海默病是严重威胁人类健康的重大神经系统疾病，AD的发生发展与衰老密切相关，目前临床治疗方法十分有限。因此迫切需要从AD致病早期入手，发现和鉴定导致AD神经功能紊乱的机制和靶点，为AD的早期防治提供基础。. 本项目根据研究计划从高通量磷酸化蛋白质组学入手，系统研究了CDK5在神经细胞中的磷酸化底物，鉴定出了在蛋白质量控制中发挥重要功能的BAG3蛋白是CDK5的全新底物。. 通过细致的研究发现CDK5可以磷酸化BAG3的第297位丝氨酸，并会导致BAG3的降解。进一步研究发现在AD病人大脑和AD小鼠模型中，CDK5的激酶活性和BAG3的磷酸化水平升高，而BAG3蛋白水品降低。为了深入研究BAG3在神经系统中的功能，我们进一步构建了在大脑中特异敲除BAG3的条件性敲除小鼠。在大脑缺失BAG3以后，小鼠表现出显著的认知功能障碍。同时我们在AD小鼠大脑中回补了BAG3的表达，发现可以显著改善AD小鼠的认知功能障碍。在分子机制上，我们发现BAG3可以结合HSP70稳定神经元突触相关蛋白，CDK5激活导致BAG3的降解会扰乱这一过程，从而加剧了AD致病过程中神经元功能的损害。该研究发现了一条在AD致病早期调控神经元突触功能的新通路和新靶点，为AD的防治奠定了基础。. 在本项目的实施过程中我们还发现BAG3还参与了AD致病过程中脑老化（细胞衰老）的作用，以及BAG3在小脑功能中叶具有重要作用，这两部分的研究内容还在进行中。