双氢喋啶还原酶调节线粒体形态功能的机制研究

Mitochondrial function is critical to maintain neuronal homeostasis. In an in vivo RNAi screen aim to identify genes required for mitochondrial dynamics and function, we screened 4117 genes and found one gene that encodes Dihydropteridine reductase (Dhpr). Dhpr RNAi leads to mitochondria enlargement and aggregate, a phenotype that are very similar to the the mitochondrial phenotype when Pink1 or Parkin was knocked down. Mutations in Pink1 and parkin result in Parkinson disease. However, Dhpr has never been linked to Parkinsonism. Phenotype analysis indicates that Dhpr RNAi and Pink1 RNAi in muscle also has similar phenotypes. Pink1 overexpression could rescue the mitochondrial defects in Dhpr RNAi tissues, indicating that Pink1 and Dhpr function in a same pathway. In this proposal, we will investigate (1)the function of mitochondria in Dhpr mutant; (2)whether Dhpr regulate mitochondria dynamics; (3)whether Dhpr regulate mitophagy through Pink1 and parkin; (4)How does Dhpr regulate mitochondria function?

线粒体在维持神经系统稳态中起着十分重要的作用。在一个旨在寻找调节线粒体结构功能的大型体内RNAi筛选中，我们筛选了4117个基因，发现敲减双氢喋啶还原酶（Dihydropteridine reductase, Dhpr）会导致细胞中部分线粒体聚集膨大。此表型与家族性帕金森氏症的致病基因Pink1和Parkin的表型完全一致。而dhpr 及其哺乳动物同源基因QDPR尚未与帕金森氏症及线粒体形态功能联系起来。进一步实验发现，dhpr敲减导致的线粒体表型可以被Pink1过表达回复，暗示dhpr和Pink1可能在同一通路调节线粒体形态功能。本研究中我们将主要回答以下问题（1）Dhpr 突变中线粒体功能如何？（2）Dhpr是否调节线粒体动态？（3）Dhpr是否通过调节Pink1和 Parkin调节线粒体自噬?（4）Dhpr是如何调节线粒体结构功能的。

线粒体是细胞中ATP合成的中心，同时也是细胞内的代谢中心。线粒体异常通常会导致多种人类疾病，特别是神经退行性疾病。本研究通过果蝇体内大规模遗传筛选，发现了大量调控线粒体形态及分布的基因。其中包括编码双氢蝶啶还原酶的Dhpr。Dhpr RNAi敲减后会导致线粒体出现与帕金森氏病致病基因Pink1/ Parkin突变后类似的表型。本研究发现Dhpr突变果蝇半致死，存活果蝇与Pink1/Parkin 类似，可以导致肌肉退化，多巴胺神经元减少。Dhpr作用在与Pink1/Parkin平行或上游通路调控线粒体动态。粗线粒体分裂因子Drp1过表达可以部分回复Dhpr突变表型。Dhpr催化还原成的BH4是细胞中NO合成所需要的辅酶。本研究发现NO介导的Drp1亚硝基化在Dhpr突变果蝇中大大减少。而亚硝基化对于激活Drp1活性是必须的。因此Dhpr可以通过调控Drp的激活调控线粒体形态和组织稳态。本研究为了解Dhpr人同源基因QDPR突变导致的人类疾病提供了新的角度，为治疗该类疾病提供了新思路。