Scg3致密核心囊泡与α-突触核蛋白的相互影响在帕金森病发病机制中的研究

Parkinson's disease (PD) is one of the most common neurodegenerative diseases in the aging population. The main pathological features of PD are the abnormal aggregation of alpha-synuclein (α-Syn) and the impairment of neurotransmitters secretion. However, it remains elusive that how α-Syn affects the secretion of dense core vesicles (DCVs) and their core cargos the peptide neurotransmitters. Secretogranin III (Scg3) is a key protein in the aggregation and processing of neuroactive substances in DCVs. Meanwhile, it plays as a necessary adaptor in the trafficking of CgA. Previous study has indicated that the trafficking of CgA to α-Syn is involved in the aggregation and dissemination of α-Syn. Based on the above results and our previous work, the current project puts forward a hypothesis that "Scg3 DCVs participate in the aberrant aggregation of α-Syn by assisting the transport of CgA to α-Syn, while α-Syn is involved in the pathogenesis of PD by interfering with the secretion of Scg3 DCVs". In the study, Scg3-knockout mice are transfected with vectors to establish an α-Syn overexpressed model. Immunofluorescence is used to detect the transport of CgA to α-Syn, exploring the effect of Scg3 in the accumulation and transmission of α-Syn. Furthermore, the core cargos of Scg3 DCVs and the effect of α-Syn on the secretion of Scg3 DCVs are investigated. Finally, the involvement of Scg3 in the pathological mechanism of PD is tested in vivo. The current study will broad the vision for α-Syn in the pathogenesis of PD, and it will hopefully provide a new way for the PD treatment.

帕金森病（PD）是高发于老年人群的神经退行性疾病。以α-突触核蛋白（α-Syn）异常聚集和神经递质分泌障碍为主要特征。目前α-Syn对致密核心囊泡（DCVs）及其中肽类递质分泌的影响尚不明确。分泌粒蛋白III（Scg3）是参与DCVs中神经活性物质加工和分泌的关键蛋白，也是介导CgA转运的必需分子，同时CgA向α-Syn转运参与α-Syn的异常聚集。基于以上研究结果，本项目结合前期工作，提出“Scg3 DCVs协助CgA转运参与α-Syn聚集，α-Syn干扰Scg3 DCVs分泌参与PD发病”的假说。研究拟采用Scg3敲除鼠建立α-Syn过表达模型。免疫荧光探究Scg3介导CgA转运参与α-Syn聚集播散；质谱鉴定神经活性物质成分，研究α-Syn对Scg3 DCVs分泌的影响；最终在体验证Scg3参与PD的机制。本研究将为α-Syn在PD发病机制的研究开拓思路，有望为PD治疗提供新的途径。

帕金森病（PD）是中老年常见的神经退行性疾病，其发病机制与遗传、衰老和环境多种因素相关。既往研究发现，囊泡运输和神经递质分泌障碍是PD发病的潜在机制之一，多巴胺能神经元突触小泡（SV）融合异常、囊泡储备量降低引发多巴胺分泌障碍和神经变性。本研究主要聚焦于另一类大致密核心囊泡（DCV）及其加工和分泌的多肽类激素和神经递质。在前期研究的基础上，着重探究DCV中关键蛋白分泌粒蛋白 III（Scg3）在PD的发病机制中的作用。研究结果主要总结为以下三个方面：1. 在环境毒素MPTP 诱导的PD小鼠模型和细胞模型下，应用蔗糖密度梯度离心富集多巴胺能神经元中DCV，进行蛋白组学鉴定，研究发现PD病理条件下，DCV中嗜铬粒蛋白/分泌粒蛋白所介导的蛋白聚合和加工功能受损，筛选出数十种与PD相关的囊泡蛋白及肽类神经递质； 2. 通过对5个分泌粒蛋白的在体研究发现，MPTP小鼠模型在急性损伤其和恢复期，纹状体、黑质及海马多个脑区观察到Scg3表达出现显著变化，分别体现为损伤的多巴胺能神经元中降低，以及激活的星形胶质细胞中表达升高。应用慢病毒转染建立Scg3-KO稳转细胞株，通过RNA-seq方法对两种神经细胞中Scg3生物学功能进行研究，发现Scg3-DCV参与神经细胞神经递质分泌和突触可塑性的调节。而转录因子神经元限制性沉默因子NRSF可负性调控Scg3在两种细胞中的表达。3. 应用 a-synuclein-GFP 过表达的BAC转基因鼠探究Scg3-DCV是否直接参与a-synuclein蛋白的运输和传播，对致密核心囊泡蛋白Scg3与a-synuclein共定位情况进行检测发现，二者共定位水平较低且不随a-synuclein积累而增加，DCV不直接参与a-synuclein的转运，结合既往文献研究结果，说明a-synuclein通过DCV清除和播散可能与神经酰胺酶失调等其他衰老因素相关，具体机制有待进一步探究。另外，鉴于Scg3在星形胶质细胞中表达量较高且变化显著，本研究提示Scg3在星形胶质细胞激活中的作用值得深入挖掘。综上，本项目为分泌粒蛋白和DCV参与PD的机制研究提供大量基础数据。其中蛋白组学结果，对PD治疗相关短肽类药物的开发提供参考，有望为PD治疗开拓新的研究思路。