USP10介导tau病变参与AD发病及其机制研究

Neurofibrillary tangles (NFTs) are one of the characteristic pathological changes of AD. Decreased degradation and hyperphosphorylation of tau are the main causes of NFTs. Ubiquitination regulates tau degradation, deubiquitinase USP10 stabilizes tau-associated kinase AMPK. Whether USP10 affects tau ubiquitination or phosphorylation is unknown. Applicants found that: USP10 was increased in AD transgenic mice brain; Aβ treatment increased binding of USP10 with tau and decreased tau ubiquitination in N2a cells and C57 mice brain; overexpression of USP10 in N2a cells reduced tau ubiquitination , tau phosphorylation and increased AMPK. Applicants hypothesized that in AD, Aβ increases USP10, antagonizes tau ubiquitination, and increases tau phosphorylation by stabilizing AMPK, and induces neurofibrillary degeneration. The project will make use of adeno-associated virus infection, biochemical molecular biology and electrophysiological techniques to investigate the pivotal role of USP10 increasing in AD-like tau lesions at both cellular and global levels; demonstrating the molecular mechanism through which USP10 induces tau lesions by antagonizing tau ubiquitination and increasing tau phosphorylation. The results will reveal a new mechanism of AD tau pathology and provide a new target for treatment of AD.

神经原纤维缠结（NFTs）是AD特征性病变之一，tau降解减少与过度磷酸化是NFTs形成主要原因，泛素化可调节tau降解，去泛素化酶USP10稳定tau相关激酶AMPK。USP10是否影响tau泛素化和磷酸化未知。申请人发现：AD转基因鼠脑内USP10增加；Aβ处理导致N2a细胞和C57小鼠脑内USP10及其与tau结合增加、tau泛素化减少；N2a细胞内过表达USP10导致tau泛素化减少、tau磷酸化及AMPK增加。申请人推测：AD进程中，Aβ沉积增加USP10，对抗tau泛素化，且通过稳定AMPK增加tau磷酸化，促进神经原纤维退变。本项目将运用腺相关病毒感染、生化分子生物学和电生理技术，在细胞和整体水平确定USP10增加在AD样tau病变中的关键作用；阐明USP10拮抗tau泛素化增加其磷酸化引发tau病变的分子机制。研究结果将揭示AD中tau病变新机制，为药物研发提供新靶标。

USP10是一种在脑内广泛分布的去泛素化酶，泛素化是蛋白质通过泛素-蛋白酶体系统降解的关键。本课题首先通过在AD病人以及AD模型鼠中明确USP10在AD进程中表达上调，并在原代神经元中发现AD发病中的毒性物质Aβ寡聚体上调USP10的表达，使Tau蛋白磷酸化水平以及总Tau含量增高，而泛素化水平降低。推测USP10可以通过介导Tau蛋白去泛素化抑制Tau蛋白降解参与AD发病。通过在大鼠原代海马神经元中过表达USP10，发现USP10过表达引起Tau周转速率减缓，Tau蛋白过度磷酸化以及聚集，而下敲USP10会逆转这一结果。接着通过质谱、CO-IP以及荧光共定位等实验手段明确了USP10可以与Tau直接结合，并使用分子对接技术预测其结合模式，合成竞争性与USP10结合的小分子干扰肽以深入探究USP10对Tau蛋白的调控作用。细胞实验显示阻碍USP10与Tau的结合可以逆转由USP10过表达或毒性Aβ引起的Tau异常过度磷酸化以及Tau蛋白含量增加。接着在小鼠海马CA3过表达USP10蛋白，行为学结果显示USP10可以导致小鼠出现认知功能障碍。形态学、电生理以及分子生物学实验表明USP10会导致突触功能损伤。通过泛素蛋白质修饰组学对USP10可能影响的蛋白进行全局分析。GO和KEGG分析显示USP10可能参与影响囊泡转运功能，本项目将从此方向展开进一步研究以明确USP10可能参与的疾病分子学机制，该部分正在进行。综合上述结果，本研究明确了USP10可以通过介导Tau蛋白的去泛素化调控Tau蛋白的聚集，同时为USP10参与疾病调控提供线索。项目资助待发表论文3篇。培养研究生2名，均拟于2022年博士毕业。项目投入直接经费21万元，支出10.8044万元，各项支出基本与预算相符。剩余经费10.1956万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。