pLG72诱导SOD1堆积在肌萎缩侧索硬化症中的作用机制研究

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a rare neurodegenerative disease. Superoxide dismutase 1 (SOD1) often appear protein misfolding and aggregation, through regulation of oxidative stress plays a role in ALS. However, studies have found that pLG72 is also involved in regulation of oxidative stress and is closely linked with ALS. We previously found that the overexpression of pLG72 will induced aggregation of SOD1 in the mitochondria, elevated serum pLG72 levels in ALS patients. Therefore, we hypothesized that: over expression of pLG72 will form complexes with SOD1, lead to SOD1 aggregation in the mitochondria, caused mitochondrial damage ; on the other hand, because of the SOD1 aggregation resulting in decreased activity, then the oxidative stress increased, eventually leading to neuronal injury or death. To prove this hypothesis, this study intends to through molecular, cellular and animal experiments, clinical serum mark screening methods, confirm the relationship between pLG72 and SOD1, looking for factor regulating of oxidative stress and mitochondrial damage, eventually definitude pLG72 induced oxidative stress molecular mechanisms and leading to motor neuron damage pathway. The elucidation of this mechanism will help to understand the mechanism of the occurrence and development of ALS from a new angle of view, and provide theoretical basis for the prevention and treatment of ALS.

肌萎缩侧索硬化症（ALS），是一种罕见的神经退行性疾病。超氧化物歧化酶1（SOD1）常发生错误折叠和蛋白堆积，通过调控氧化应激在ALS中发挥作用。然而，有研究发现pLG72也参与氧化应激调控与ALS有着密切的联系。我们前期发现过表达pLG72会诱导SOD1堆积于线粒体，ALS患者血清pLG72水平升高。因此，我们推测：过表达pLG72会与SOD1形成复合物，导致SOD1堆积于线粒体，造成线粒体损伤；另一方面，由于SOD1堆积致使活性下降，继而使氧化应激增高，最终导致神经细胞伤害或死亡。为证实这一假说，本研究拟通过分子细胞和动物实验，临床病例血清标志物筛选等方法，证实pLG72与SOD1的相互关系，寻找调控氧化应激及线粒体损害的因子，从而明确pLG72诱导SOD1堆积的分子机制以及导致氧化应激升高的路径。对这一机制的阐明，有助于从新的视角认识ALS的发生发展机制，并为ALS防治提供理论依据。

肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis, ALS），俗称“渐冻症”，是一种罕见的、以侵犯上下运动神经元为主的快速进行性神经退行性疾病。2014年，美国ALS协会发起的 “冰桶挑战赛”，其目的正是为了唤起大众对ALS的关注。近5 年间有关ALS致病机制的研究主要体现在：氧化应激、蛋白堆积、神经退行性疾病的炎性机制、自噬等方面。其中，氧化应激损伤是ALS致病机制的重要学说之一。有研究者发现在某些ALS患者体内，原本存在于细胞质、未发生基因突变的野生型SOD1蛋白却异常堆积于线粒体。这些研究提示：野生型正常SOD1蛋白堆积引起氧化应激提高也是ALS致病机制之一。然而，目前对于野生型正常SOD1蛋白堆积的成因并不十分清楚。虽然目前一致认为pLG72与DAAO可以在线粒体表面相互作用，但是pLG72究竟是抑制或是促进DAAO活性，目前尚存在争议。尽管pLG72调控DAAO活性存在争议，但pLG72作为一种线粒体蛋白，也参与调节线粒体功能与形态，从而影响氧化应激。基于SOD1蛋白对ALS的重要性以及pLG72蛋白与ALS的潜在关系，且两个蛋白均与线粒体功能、氧化应激关系密切这两点，我们对pLG72与SOD1的潜在关系进行了研究。我们发现了有趣的现象，pLG72蛋白会与野生型正常的SOD1蛋白发生结合，提示pLG72蛋白可能会诱导SOD1蛋白堆积于线粒体。紧接着，我们发现：①在神经胶质瘤U87细胞株中过表达pLG72蛋白会诱导产生ROS；进一步证实pLG72参与氧化应激调控。②神经胶质瘤U87细胞株中过表达pLG72蛋白会诱导HADHB（线粒体膜蛋白）、等标志物的表达量都上升 ③将G72基因转入ALS模式小鼠（SOD1_G93A）大脑运动皮质区，发现小鼠运动能力下降、寿命缩短，提示pLG72蛋白可能会破坏小鼠的神经细胞造成运动能力下降；综合文献报道和当前研究成果表明：过表达的pLG72会与细胞质中SOD1蛋白形成复合物，一方面导致SOD1堆积于线粒体，造成线粒体损伤；另一方面，由于SOD1堆积致使蛋白活性下降，无法有效清除超氧化物，使氧化应激增高，最终导致神经细胞伤害或死亡。