CHIP蛋白参与脊髓小脑共济失调3型发病的分子机制及潜在治疗策略

Spinocerebellar ataxia type 3 (SCA3) is one of the most common inherited neurological disorders in China, and it is a great challenge to investigate its pathogenesis and new therapeutic targets. Previous studies showed that Ataxin-3 could interact with ubiquitin E3 ligase CHIP, and mutant Ataxin-3 with PolyQ mutation could down regulate CHIP expression. In our previous work, we found that defect of CHIP could lead to the degeneration of cerebellar neurons. Based on these findings, we put forward a hypothesis that down regulation of CHIP secondary to Ataxin-3 mutation may play an important role in the pathogenesis of SCA3. In this study, we will investigate the pathogenesis of CHIP involved in SCA3 and the potential therapeutic effect of up-regulated CHIP by using the cell model, Ataxin3/CHIP double transgenic mice model, patients-specific iPSC model and biological sample of SCA3. Based on the solid previous work in accordance with the scientific hypothesis and advanced experiment methods, this study is expected to clarify new pathogenesis of SCA3 and provide new therapeutic targets.

脊髓小脑共济失调3型(SCA3)是我国最常见的神经遗传性疾病之一，深入探讨其分子病理机制及新治疗靶标是本研究领域的重大挑战。研究显示：SCA3致病蛋白Ataxin-3与泛素E3连接酶CHIP存在相互作用，Ataxin-3的PolyQ突变可导致CHIP表达降低。我们的前期工作则表明：CHIP功能缺失可直接导致小脑神经元变性死亡， 基于以上实验结果我们推测： Ataxin-3突变导致的CHIP表达下调参与了SCA3发病的分子病理过程。本课题拟进一步应用体外细胞模型、Ataxin-3/CHIP双转基因小鼠模型、SCA3患者特异iPSC模型及SCA3患者生物样本，从分子、细胞、动物模型及患者生物标记物等多方面探讨CHIP参与SCA3发病的分子机制及上调CHIP表达对SCA3的潜在治疗作用。本研究前期工作基础扎实并支持主要科学假说，实验方法完备，有望阐明SCA3新的分子病理机制并提供新的治疗靶标。

脊髓小脑共济失调3型（Spinocerebellar ataxia type 3，SCA3），又称Machado-Joseph病，是最常见的遗传性共济失调。该病由ATXN3基因10号外显子的CAG串联重复序列异常扩增突变所致。ATXN3突变后导致编码的Ataxin-3蛋白的多聚谷氨酰胺片段（PolyQ）异常延长，发生错误折叠并在神经元内聚集形成包涵体。目前，SCA3发病机制仍不清楚，且无有效治疗手段。近年来研究表明蛋白质质量控制系统功能障碍在SCA3的发生、发展中起到了至关重要的作用。CHIP是一种兼具分子伴侣和E3泛素连接酶活性的蛋白，在细胞的蛋白质质量控制系统中起核心桥梁作用，主要在脑组织、心脏、肝脏等中大量表达。近期的研究提示SCA3小鼠脑组织中CHIP表达量明显下调，但导致CHIP蛋白下调的具体分子机制及CHIP蛋白在SCA3发病中的作用仍未得到全面的研究及阐述。本项目从细胞、动物、疾病特异性ips细胞系及患者来源血清等多个水平，全面深入探讨了CHIP蛋白在SCA3中的作用机制。结果表明CHIP减少的原因主要在于CHIP蛋白分布的改变。应激条件下过表达CHIP可以通过调控HSF1-DNAJB1通路从而起到神经保护作用。此外还研究了与CHIP功能互补的另一种泛素E3连接酶Parkin在SCA3发生发展中的作用及机制，表明Parkin蛋白可促进突变型Ataxin-3形成包涵体并促进其通过自噬途径降解。通过构建神经系统特异性过表达CHIP的SCA3疾病模型，发现CHIP蛋白过表达可以显著改善生存期、体重、运动功能以及神经病理等，同时CHIP过表达可以显著提高自噬通路的活性，增强对变异Ataxin3蛋白的清除作用，表明CHIP过表达对SCA3有脑保护作用。我们构建了患者特异性iPS细胞系，将之分化为神经干细胞并进一步分化为神经元，在神经元中检测到CHIP表达量减低，且有包涵体形成。我们发现SCA3患者的血清CHIP蛋白水平明显高于健康人，且与SARA和ICARS评分等指标正相关。以上研究充分揭示了CHIP蛋白在SCA3发病中的作用机制及CHIP过表达对SCA3的脑保护作用。