低密度脂蛋白受体相关蛋白Lrp4调控神经肌肉接头形成和维持的机制研究

Synapses are fundamental units of neuronal circuitry in the nervous system that enable communications between neurons and between neuron and its target cell. The neuromuscular junction (NMJ) is a synapse between motor neurons and skeleton muscles, controlling muscle contraction and breathing. Although many key proteins in NMJ formation have been identified, more novel proteins should be explored. The mechanisms of how proteins are assembled to form functional synapses need to be further investigated. Here, we conduct unbiased IP-MS screens to identify Lrp4-binding proteins in both pre- and post-synaptic regions. The function of candidates will be studied in both pre- and post-synaptic differentiation during development and in NMJ maintenance during adulthood. Our research will provide a better understanding of molecular mechanisms of NMJ formation and maintenance and contribute to new diagnostic and therapeutic strategies for the neuromuscular disorders.

突触是神经元之间或者神经元和效应细胞之间传递信号的最基本的功能单位，是形成神经环路的基础。神经肌肉接头（Neuromuscular junction，NMJ）是连接运动神经元和骨骼肌的突触，控制着身体的运动和呼吸。虽然已经发现了一些NMJ形成的重要蛋白，但是还有更多的蛋白有待发现，关于NMJ形成的分子机制尚需深入研究。本项目将从NMJ的关键蛋白Lrp4入手，利用特异在肌肉组织中表达Flag-Lrp4的转基因小鼠，采用免疫沉淀结合质谱的方法分别从突触前和突触后在体探寻参与NMJ形成的新的蛋白分子。并且研究这些蛋白在发育过程中对突触前和突触后分化的作用，以及成年后在NMJ维持中发挥的功能。本研究将帮助深入理解NMJ形成和维持的分子机制，为相关人类疾病的诊断和治疗提供新的靶点和思路。

神经肌肉接头（NMJ）是连接运动神经元和肌肉的外周胆碱能突触，控制着我们的运动和呼吸。NMJ的结构和功能的异常会导致如重症肌无力和先天性肌无力等重要疾病。对于NMJ形成机制的研究将促进我们更好的理解突触形成的过程也可以帮助我们干预和治疗NMJ相关的疾病。NMJ形成依赖Agrin-Lrp4-MuSK信号通路其中Lrp4是在肌肉细胞中表达的Agrin受体对于NMJ形成发挥关键作用。本项目计划从Lrp4出发，探寻与Lrp4结合的蛋白并且研究这些蛋白对于NMJ形成和维持中的作用。在项目的资助下，我们发现了Lrp4在肌肉细胞中结合Grp78蛋白，并且发现了肌肉细胞中Grp78蛋白可以通过调控Lrp4来影响NMJ突触的形成过程，而突触前的Grp78对于NMJ形成没有影响。有意思的是，我们发现了在运动神经元中敲除Grp78小鼠会逐渐表现出运动异常、瘫痪、死亡以及NMJ去神经支配和运动神经元丢失等典型的渐冻症（ALS）的表型。进一步我们通过二代测序在ALS患者中发现了一些SOD1突变家系病人中具有Grp78的突变并且病人的病程发展较快。我们的研究阐释了Grp78在肌肉中通过调控Lrp4影响NMJ形成的过程，并且发现运动神经元中Grp78突变可能是一个潜在的ALS危险因素，促进SOD1突变的ALS的进展。该发现可能为深入理解SOD1突变的致病因素提供了理论依据，即SOD1突变造成的运动神经元死亡可能是依赖内质网应激途径，也可能为治疗SOD1相关的渐冻症提供新的思路。在项目的资助下，我们在国际期刊发表了三篇论文，并且培养了一位博士研究生和两位硕士研究生。