miR-133b在鱼藤酮诱导多巴胺神经元线粒体生物发生障碍的中作用和调控机制研究

Rotenone may be a potential factor of the onset of Parkinson's diseases. Mitochondrial dysfunction is considered to be the most important factors in PD etiology. We previously found that the abnormality of mitochondrial biogenesis was involved in the rotenone-induced dopaminergic neurodegeneration, but the exact mechanism is unknown. miR-133b is specifically and highly expressed in midbrain, and involves in the dopaminergic neurodegeneration. Bioinformatic analysis predicted that multiple target genes of miR-133b are associated closely with the regulation of mitochondrial biogenesis. To test the hypothesis,the project is planned to observe the relationship between miR-133 and mitochondrial biogenesis.Therefore, we propose the hypothesis that miR-133b is involved in rotenone-induced dopaminergic neurodegeneration through regulating mitochondrial biogenesis. Intervening the expression of miR-133b in vitro cultured cells by GOF/LOF technology and in midbrain by positioning injection of microRNA sponge to substantia nigra will be used to investigate the effect of miR-133b on mitochondrial biogenesis and dopaminergic neurodegeneration. The potential target genes of miR-133b will be screened with gene expression chip and reporter-UTR system. Our results will not only clarify the roles and mechanisms that miR-133b participates in dopaminergic neurodegeneration, but also identify a new target for the prevention and treatment of dopaminergic neurodegeneration.

鱼藤酮可能是帕金森病（PD）发病的潜在因素。线粒体功能障碍被认为是PD发病最为重要因素。我们前期研究显示：线粒体生物发生异常与鱼藤酮诱导的多巴胺神经元变性损伤有关，但作用机制不明。miR-133b在中脑特异性高表达，参与多巴胺神经元的变性损伤。生物信息学预测miR-133b多个靶基因与线粒体发生的调控密切相关。因此，我们提出"miR-133b调控线粒体生物发生参与鱼藤酮诱导多巴胺神经元变性损伤"的假说。本项目拟观察鱼藤酮染毒多巴胺神经元miR-133b表达与线粒体发生及信号调控通路的关系；用GOF/LOF技术干预miR-133b的表达，结合中脑黑质定点注射microRNA sponge，观察miR-133b对神经元线粒体发生和变性损伤的作用；结合芯片和UTR技术筛选miR-133b的靶基因，阐明miR-133b参与神经元变性损伤的作用和机制，为鱼藤酮染毒多巴胺神经元变性损伤防治提供新靶点。

帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是继老年性痴呆后的第二大常见的神经退行性疾病，是与年龄高度相关的，进行性发展性的致死性复杂疾病。PD的确切病因和发病机理不详，其研究模型也一直处于不断改进之中。Betarbet等人建立的鱼藤酮帕金森病大鼠动物模型具有选择性多巴胺能神经元受损、残存多巴胺能神经元内出现lewy小体、多巴胺能神经元进行性损伤等一系列帕金森病主要特征，而且全身性线粒体复合体I缺陷的特性，与散发性帕金森病患者完全相符。因此，该模型受到帕金森病研究者的广泛重视。 本研究通过建立鱼藤酮诱导的多巴胺神经元变性损伤类PD病模型，观察鱼藤酮对多巴胺神经元microRNA的影响以及线粒体生物发生和分裂融合的作用以及作用机制的研究，研究结果显示鱼藤酮可引起多巴胺神经元microRNA基因表达谱的改变；研究发现鱼藤酮导致多巴胺神经元线粒体拷贝数下降，线粒体的片段化增加，引起线粒体形态异常和功能的下降；进一步深入研究发现线粒体生物发生的关键调控分子PGC-1alpha,mtTFA和线粒体分裂融合关键分子（MFN2，OPA1和Drp1以及Fis1）的基因和蛋白的表达以及磷酸化等发生明显的改变，调控多巴胺神经元线粒体分裂和融合的功能可明显改善鱼藤酮诱导的多巴胺神经元的毒性作用，因此鱼藤酮可诱发多巴胺神经元线粒体生物发生障碍和线粒体的分裂融合异常，导致线粒体质量下降和数量的减少；我们的研究同时发现PGC-1alpha调控的线粒体的生物发生和分裂融合异常的交互作用在鱼藤酮诱导的多巴胺神经元的变性损伤中发挥了重要作用。在本课题的资助下已经发表了高水平SCI论文，今后还将发表一些文章和专著。这些研究结果对于进一步深入研究慢性退行性疾病-帕金森病的发病机制具有重要的理论意义，同时也为进一步探讨研究帕金森疾病防治提供了一定的理论基础。