碳酸酐酶在肌萎缩性脊髓侧索硬化症病理中的作用

本项目主要采用生物化学以及体外细胞培养的手段来研究碳酸酐酶（同工酶一型， CA I）在肌萎缩性脊髓侧索硬化症 （ALS）病理中的作用机理。 最新实验数据表明CA I 的蛋白量在ALS病人（包括散发性和SOD１引起的）脊髓组织内有显著提高。但是这个与ALS病理相关的变化在致病机理中起什么作用还完全不清楚。我们在基于观察到CA I 蛋白质的表达位置与内质网结构密切相关，假设CA I 可能在与ALS病理相关的内质网应激反应的途径中起作用。 在这个项目中， 我们首先要确定一个细胞学的机理：作为细胞质蛋白的 CA I 是以什么机制与细胞膜结合。其次研究确认ＣＡ１是否能调控与ALS病理相关的内质网应激反应. 我们还要进一步阐明CA I 作用的信号通路。这个项目的研究成果不仅会对ALS 致病机理增加理解， 也对ALS 的药物靶标和开发提供一个分子基础。

本项目的目的是研究碳酸酐酶 I （CA1）在肌萎缩性脊髓侧索硬化症 （ALS）病理中的作用。我们发现CA1蛋白含量在ALS病人的脊髓中有所升高。至今为止，CA1蛋白在脊髓中有什么功能还不清楚。我们首先确定CA1在人体运动神经元是否表达和在ALS疾病中的生化病变。第二，我们用体外细胞和果蝇的模型来研究CA1在ALS病理中的作用机理。我们的结果显示CA1在人体运动神经元里是有表达的，并且有一部分的CA1蛋白并不是预测的游离在细胞浆质里，而是与内质网 （ER）的标记结合在一起。而且与ER结合的CA1在ALS病人中升高的程度比游离在细胞浆质里的CA1要更大。 因为内质网应激在ALS病理机制中已是确定无疑的事实，我们推测或假设CA1有可能通过内质网应激的信息通道在ALS病理机制中起作用。在N2细胞中，CA1的表达显示可以缓解由突变SOD1导致的内质网应激反应。而在COS7细胞中，CA1的表达能导致毒性。在果蝇模型中，CA1在神经运动细胞中的表达对果蝇的发育过程和幼虫的locomotion没有任何影响, 但是在成熟果蝇的negative geotaxis行为的测试中，CA1的表达降低了这个测试指数，也缩短了果蝇的寿命。这些结果显示CA1能在果蝇中导致神经运动细胞的degeneration， 是另一个新的研究ALS病理机制和探发药物靶标的模型。 对ALS研究领域有重要的作用和意义。