SIRT3调节线粒体分裂蛋白Drp1乙酰化在PD神经元存活中的作用及机制

Parkinson’s disease (PD) is one of the most common neurodegenerative disorder. Previous studies have confirmed that excessive mitochondrial fission caused by oxidative stress, which in turn induces mitochondrial dysfunction of dopaminergic (DA) neurons, is one of the key mechanisms of PD. However, its underlying molecular mechanisms are not well understood. Based on our previous experiments, we found that oxidative stress causes the increase of acetylated Drp1 expression, and acetylated Drp1 were more likely to migrate from cytoplasm to mitochondria, promoting excessive mitochondrial division. Further, we observed that SIRT3 could bind Drp1, which may be involved in the regulation of Drp1 deacetylation. Therefore, we proposed that, under oxidative stress, the down-regulation of SIRT3 leads to excessive acetylation of Drp1, which promotes mitochondrial fission and dysfunction, and ultimately induces the death of DA neurons and the onset of PD. This study takes post-translational modification of proteins as the key point and bases on the“protein modification - mitochondrial function - cell survival”theory to reveal the molecular mechanism of PD pathogenesis and neuron stress injury, providing effective intervention targets and therapeutic strategies for DA neuron protection and early PD treatment.

帕金森病（PD）是最常见的神经退行性疾病之一。既往研究证实，氧化应激导致线粒体过度分裂，继而诱发多巴胺能（DA）神经元线粒体功能障碍，是PD发病的关键机制之一，但其分子机制尚不完全清楚。课题组预实验发现，在氧化应激的条件下，线粒体分裂蛋白Drp1的乙酰化水平显著增高，并且乙酰化的Drp1更易从胞浆迁移到线粒体上，促进线粒体过度分裂。并进一步发现，去乙酰化酶SIRT3能够与Drp1结合，可能是Drp1去乙酰化调控的关键机制。据此我们提出假说：氧化应激条件下，SIRT3功能下调导致Drp1过度乙酰化修饰，引起线粒体的过度分裂及功能障碍，最终诱发DA神经元死亡和PD发病。本研究以线粒体蛋白质乙酰化修饰为切入点，依靠修饰蛋白组学、细胞分子生物学等手段，从“乙酰化修饰-线粒体功能-细胞存活”思路揭示PD致病因素导致神经元应激损伤的分子机制，为DA神经元保护及PD早期治疗提供有效的干预靶点和治疗策略。

帕金森病（Parkinson's disease, PD）是第二常见的神经退行性疾病，漫长的病程严重影响患者的生活质量，其特征是黑质致密部(SNc)多巴胺能神经元死亡引起的静止性震颤、运动迟缓、肌强直和姿势平衡障碍等运动症状。. 目前对帕金森病的病理机理研究尚不明确，现有的临床治疗只能有限地改善PD患者的部分症状，但无法减缓或阻止疾病的进展。本课题基于前期围绕帕金森病相关线粒体损伤的研究和相关文献报道，提出PD致病因素介导的氧化应激条件下，Drp1的乙酰化修饰促进线粒体的分裂，进而损伤线粒体或者DA神经元。而通过调节其上游的去乙酰化酶SIRT3等，能够抑制Drp1乙酰化，保护线粒体功能，进而促进DA神经元存活。基于此，我们研究证实在氧化应激条件下线粒体异常分裂，乙酰化的Drp1表达增加，并且乙酰化的Drp1更易定位于线粒体上；进一步通过乙酰化质谱检测，发现了Drp1的潜在乙酰化修饰位点K711，并发现突变K71I位点（K711R）模拟去乙酰化修饰可以改善线粒体异常分裂、及其功能以及挽救细胞凋亡；同时免疫共沉淀证实线粒体去乙酰化酶SIRT3能够与Drp1结合，调节SIRT3的表达能够抑制Drp1的乙酰化，从而保护线粒体功能，促进DA神经元的存活。基于以上研究和发现，我们初步明确了Drp1的乙酰化修饰水平的改变在PD神经退行性病理改变中的作用，阐述了SIRT3参与调控线粒体分裂的新机制，从蛋白质修饰-线粒体功能-细胞存活角度揭示PD致病因素、导致神经元应激损伤的分子机制，为PD的神经元保护提供新思路和理论依据。