α-突触核蛋白异常积聚引起的线粒体TRPC3上调对线粒体功能的破坏作用及其机制研究

Mitochondrial dysfunction induced by α-synuclein accumulation contributes to the degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra of Parkinson’s disease(PD), but the mechanism remains poorly understood. Our previous results obtained in aging animals showed that the age-dependent α-syn accumulation in mitochondria isolated from the striatum was associated with a significant elevation of mitochondrial transient receptor potential channel 3 (TRPC3), a key ionic channel for maintaining mitochondrial Ca2+ homeostasis and normal membrane potential (MPP). We hypothesize that the α-syn-induced abnormal elevation of mitochondrial TRPC3 may cause a reduction of MMP and dyshomeostasis of mitochondrial Ca2+, leading to a series of downstream changes, including activation of mitochondrial apoptosis cascade, over-activation of mitochondrial autophagy and fission. In the proposed project, we aim to analyze the mechanism for the α-syn-induced upregulation of mitochondrial TRPC3, and to demonstrate if the resultant TRPC3 upregulation is enough to cause mitochondrial Ca2+ dyshomeostasis, MPP reduction, and the above mentioned downstream changes. The results obtained will help understand the mechanism for the mitochondrial deficiency observed in PD brains.

α-突触核蛋白（α-Syn）的异常积聚对线粒体功能的损害被认为是帕金森病（PD）黑质多巴胺神经元变性死亡的重要原因，但机制尚不很清楚。我们前期对老化动物脑的研究显示，纹状体部位的线粒体中的α-Syn随老化而增加，并伴随瞬时受体电位通道3（TRPC3）含量的增加，二者的变化具有显著的相关性。已知，TRPC3是维持正常线粒体Ca2+稳态与膜电势（MMP）的重要通道蛋白。我们因此推测，由α-syn引起的线粒体TRPC3的增加会引起线粒体MMP下降和Ca2+稳态失衡，进而启动一系列下游改变，包括线粒体能量代谢、线粒体凋亡、线粒体自噬和分裂。本项目拟在前期发现的基础上，首先分析α-Syn异常积聚引起的线粒体中TRPC3增加的机制，进一步证明α-Syn引起的线粒体TRPC3增加是否足以引起线粒体Ca2+稳态失衡及其下游改变。本项目的研究结果将为阐明PD病人的线粒体功能缺陷的机制提供新的数据。

α-突触核蛋白（α-synuclein，α-syn）是丰富表达于神经系统中的小分子可溶性蛋白，正常情况下主要存在于神经元的突触前神经末梢。在一些神经退行性疾病，如帕金森病（Parkinson’s disease，PD）、路易体痴呆和阿尔茨海默病，该蛋白以聚集的方式存在于这些疾病的特征性病理结构中，如PD中的路易体（Lewy bodies，LBs）。诸多研究和我们的研究表明，α-syn异常表达与Ca2+稳态失衡之间相互促进形成恶性循环进而最终损伤神经元。但是，过表达α-syn引发Ca2+稳态失衡的机制并不明晰。.我们发现，过表达α-syn的细胞和组织中，经典瞬时受体电位通道3（transient receptor potential canonical channel 3，TRPC3）在细胞膜上的蛋白水平及酪氨酸位点磷酸化的水平均增高，提示过表达α-syn导致TRPC3增高的活化状态；因此，过表达α-syn细胞内由TRPC3介导的Ca2+内流增加；随后，通过对细胞及组织内α-syn聚集程度、凋亡水平及细胞活力的检测，我们发现过表达α-syn显著提高α-syn聚集水平、激活caspase-3及降低细胞活力，促进细胞死亡，TRPC3选择性抑制剂Pyr3或LV-sh-TRPC3干扰都能有效反转上述指标，提示TRPC3参与过表达α-syn所致的细胞死亡水平增加，其机制涉及α-syn通过Src-PLCγ1途径激活TRPC3及α-syn与TRPC3存在相互作用。