Methylmercury (MeHg) is a cumulative environmental contamination harm human being healthy badly and has strong neurotoxicity. This study is focusing on the abnormal Ca2+ flow under endoplasmic reticulum stress (ERS) condition in neuron, in order to explore the mechanisms of MeHg-induced ERS aggravates mitochondrial Ca2+ overload and mitochondrial apoptosis pathway. We speculate that MeHg would aggravate oxidative stress in neuron by ROS over-generation, which might disturb the unfold protein response (UPR) and ERS pathway in endoplasmic reticulum. The ERS might induce an abnormal Ca2+ flow between endoplasmic reticulum and mitochondria, the acceleration of endoplasmic reticulum Ca2+ release followed by mitochondria Ca2+ uptake would lead to mitochondrial Ca2+ overload. The Ca2+ overload would disrupt mitochondrial permeability transition pore (MPTP), disintegrate the mitochondrial membrane potential (MMP), which could aggravate the release of apoptosis factors such as cytochrome C (Cyt C) and apoptosis-inducing factor (AIF), and then activate caspase-dependent or caspase-independent apoptosis pathways. The rat cerebral cortex neurons were used as the research objects in this research, proposing that the neurons would accelerate endoplasmic reticulum Ca2+ release and mitochondrial Ca2+ uptake under ERS condition, this Ca2+ flow disturbance might play important roles mediating mitochondrial Ca2+ overload and mitochondrial apoptosis pathway activation. The present research might provide theoretical and experimental basis for MeHg neurotoxicity mechanisms exploration and MeHg poisoning prevention.
甲基汞(MeHg)是严重危害人类健康的环境蓄积性污染物。本课题以内质网应激(ERS)条件下细胞内Ca2+异常流动为出发点,目的为进一步明确MeHg通过诱发细胞ERS诱导线粒体Ca2+超载及线粒体凋亡途径的作用机制。我们推测:MeHg加剧神经细胞氧化应激水平,干扰内质网未折叠蛋白应答(UPR)和ERS信号通路。ERS诱使细胞内Ca2+异常流动,加速内质网Ca2+释放及线粒体对胞质内Ca2+的摄取,导致线粒体Ca2+超载,线粒体MPTP异常开放,MMP崩解,加速凋亡相关因子Cyt C及AIF的线粒体释放,从而激活caspase依赖性及非依赖性凋亡途径。本课题以大鼠大脑皮质神经元为研究对象,提出神经元在ERS条件下会加速内质网Ca2+释放及线粒体Ca2+摄取,Ca2+的这种异常流动可能是诱发线粒体Ca2+超载及线粒体凋亡不可忽视的一个方面,为MeHg中毒机制的研究及其防治提供理论和实验依据。
甲基汞(methylmercury,MeHg)是常见的重金属污染物之一,具有环境蓄积性、迁移性、高毒性,经食物链进入人体,易于透过血脑屏障而蓄积于脑内,诱发神经毒性。MeHg主要侵犯中枢神经系统,氧化应激在MeHg毒作用机制中发挥重要的作用,并与其它机制存在广泛而密切的联系。内质网作为细胞内合成蛋白质及糖基化修饰的主要场所,其功能极易被过量自由基诱发的氧化应激所影响。但MeHg所致氧化应激如何干扰内质网功能,进而诱发神经细胞内质网应激反应(ERS),以及ERS通过何种途径介导神经细胞凋亡的机制目前尚不十分明确。ERS过程中Ca2+的异常释放可能是ERS干扰线粒体功能,进而激活凋亡信号转导的主要途径之一。但MeHg是否可以通过诱发ERS引起神经细胞内Ca2+由内质网向线粒体流动,进而导致线粒体Ca2+超载及功能紊乱,目前尚不明确。因此本研究推测MeHg诱发神经细胞氧化应激,干扰内质网UPR和ERS信号通路,加速内质网钙库对Ca2+的释放及线粒体对胞质内Ca2+的摄取,导致线粒体Ca2+超载,加速凋亡相关因子Cyt c及AIF的线粒体释放,从而激活线粒体凋亡途径。基于以上假设,本课题从以下三个方面进行相关机制研究:1、研究MeHg所致氧化应激对内质网UPR和ERS信号通路的影响。2、研究MeHg所致ERS对神经元内质网及线粒体间Ca2+流动的影响。3、探讨ERS条件下,神经元Ca2+异常流动所致线粒体Ca2+超载对线粒体凋亡途径的诱导作用。通过研究发现:1、MeHg能够诱发神经元氧化应激,并活化内质网UPR及ERS信号通路。应用抗氧化剂Trolox预处理后,UPR及ERS活化程度下降,表明氧化应激参与了内质网UPR及ERS信号通路的活化过程。2、ERS条件下会诱发内质网和线粒体间Ca2+异常流动,内质网Ca2+释放及线粒体Ca2+摄取增加。3、内质网和线粒体间Ca2+异常流动会加剧线粒体Ca2+超载,诱导线粒体凋亡信号转导。通过本项目研究,从MeHg诱发氧化应激及ERS反应进而加速细胞内Ca2+重分布来诱导线粒体凋亡途径的角度来研究MeHg致神经细胞凋亡的机制,从而可能为MeHg神经毒作用机制的研究和治疗靶点提供科学的理论及实验依据。
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数据更新时间:2023-05-31
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