CHCHD2在亨廷顿舞蹈病中的抗氧化应激作用及分子机制研究

Huntington disease (HD) is a monogenic and hereditary neurodegenerative disease, caused by an expanded CAG repeat in the HTT gene. Despite concerted efforts, there is no effective way to prevent or delay the progression of HD. Although the specific molecular mechanism of HD pathogenesis is still unclear, numerous evidence show that oxidative stress is involved in the pathophysiological changes in HD. CHCHD2, a member of "CHCHD" domain containing protein family, is involved in mitochondrial function, and plays important roles in anti-oxidative stress and anti-apoptosis. Our previous studies have found that CHCHD2 is significantly up-regulated in HD induced pluripotent stem cells (iPSCs), as well as in HD iPSC-derived neural precursor cells (NPCs) and neurons. Furthermore, it is confirmed that CHCHD2 expression is also increased in other HD models. Therefore, we have a hypothesis that "CHCHD2 up-regulation may be a compensatory and protective response to oxidative stress in HD." We will validate this hypothesis in HD mouse cell lines and human iPSCs by over-expression or knockdown of CHCHD2, and further investigate the underlying molecular mechanism of CHCHD2 up-regulation and anti-oxidative stress by CHCHD2. This study will provide new opportunities for the development of HD biomarkers and therapeutic drug targets.

亨廷顿舞蹈病（HD）是神经退行性疾病中最主要的单基因遗传病，由亨廷顿（HTT）基因突变引起,尚无阻止HD病情进展的有效方法。虽然HD发病的具体机制还不清楚，但研究结果显示氧化应激参与了HD发病的病理生理变化。CHCHD2是含“CHCHD”结构域蛋白家族中的一员，参与线粒体功能调节，具有抗氧化应激和抗凋亡的作用。本人前期研究发现：CHCHD2在HD诱导性多潜能干细胞（iPSCs）及其衍生的神经前体细胞和神经元中的表达均显著上调，进一步的预实验证实了该表达上调的情况也存在于其他HD模型中。因此，本项目提出了“CHCHD2具有保护HD细胞对抗氧化应激的作用”的假说。本研究将通过CHCHD2过表达或抑制表达的方法，在HD小鼠细胞系和人iPSC模型中验证这一假说，并进一步探讨CHCHD2表达上调及抗氧化应激作用的分子机制。本项目的研究内容将为寻找HD生物学标记物及治疗性药物靶点提供新的方向与思路。

目的：研究线粒体相关蛋白CHCHD2在亨廷顿舞蹈病（HD）中抗氧化应激作用及其分子机制，为寻找HD生物学标记物及治疗性药物靶点提供新的方向与思。方法：首先，在HD小鼠体外纹状体神经细胞系和人诱导性多潜能干细胞（hiPSC）模型中检测CHCHD2的表达情况，活性氧簇（ROS）水平及抗氧化应激相关基因在HD细胞中的转录表达水平。其次，利用慢病毒感染的方法构建CHCHD2敲低（CHCHD2-KD）或CHCHD2过表达（CHCHD2-OE）小鼠神经细胞稳定株，研究CHCHD2对HD疾病表型的影响。最后，通过免疫共沉淀联合质谱技术（CoIP-MS）结合生信分析的方法进一步探索CHCHD2保护神经细胞对抗氧化应激损伤的潜在机制。结果：1.与对照组相比，在HD小鼠纹状体神经细胞和hiPSCs中：CHCHD2的转录和蛋白表达水平均升高，ROS的基线表达水平和氧化应激诱导后的表达水平均升高，抗氧化应激通路相关基因的转录表达水平升高，细胞对外源性氧化应激损伤诱导的死亡易感性增加。2.成功构建了CHCHD2-KD及CHCHD2-OE的对照组和HD组神经细胞稳定株。3.CHCHD2-KD导致对照组和HD组细胞对外源性氧化应激损伤的的死亡易感性增强、ROS水平升高、凋亡标志物Cleaved Caspase-3蛋白表达水平上调，且上述疾病表型变化在HD组中更显著；4.CHCHD2-OE能够保护HD细胞对抗氧化应激损伤，既HD组中细胞活力升高、凋亡标志物Cleaved Caspase-3蛋白表达水平下降。5.CHCHD2保护细胞对抗氧化应激的作用可能与激活Nrf2-ARE信号通路相关。结论: 1.在HD小鼠纹状体神经细胞和hiPSCs中CHCHD2的表达水平升高。2.CHCHD2具有保护HD细胞对抗氧化应激损伤的作用，其具体分子机制可能与Nrf2-ARE抗氧化应激通路激活相关。3.CHCHD2可能成为未来HD药物研发的潜在靶点。