朊病毒致病过程中细胞自噬和凋亡的相互串扰

Prion is an abnormal protein infectious factor that can cause neurodegenerative diseases of human and many animals with 100% fatality rate. Autophagy is an important process for removing misfolded and aggregated protein in cells, the dysfunction or loss of that is closely related with occurence of many diseases. Autophagy plays pivotal role in removing misfolded PrP. Autophagy cacuoles were repeatedly observed in the brain tissues of prion diseases, the formation of massive autophagosome may contribute to the lesion of central nervous system (CNS). We suppose that the processes of large amount of PrPC transform to PrPSc induce excessive autophagy, but the uncompleted autophagy flux activates the apoptosis signal pathways, subsequently cause the impairment of CNS. Accordingly, the cross-talk of autophagy and apoptosis may play pivotal role in pathogenesis of prion diseases. This study will research the relation between autophagy and apoptosis and their molecular mechanism of cross-talk in pathogenesis of prion diseases. We'll use two different cell damage models: cytoplasmic PrP (CyPrP), which induces ER stress, as well as PrP106-126, which causes mitochondria dysfunction, to treat SH-SY5Y and N2a cells, followed by dynamic detection of the whole transcriptome profiles by HiSeqGA IIx sequencing, then find some key molecules through bioinformatics analysis. Our study may help to clarify the mechanisms and raise new therapeutic clue to prion diseases.

朊病毒是一种非同寻常的蛋白质感染因子，可引起人和动物的中枢神经系统退行性疾病，致死率100%。细胞自噬具有清除胞内聚集物和错误折叠蛋白的功能，其功能紊乱或丧失与多种疾病发生密切相关。在朊病毒致病过程中常伴随着细胞自噬的发生，但神经元中大量自噬泡的形成可能参与了中枢神经系统病变。我们认为，在朊病毒病发病过程中，由于大量PrPC转变为PrPSc，诱导了自噬的过度发生，但自噬流受阻，激活了凋亡信号通路，造成中枢神经系统损伤，因此自噬和凋亡间的相互串扰可能在朊病毒疾病发生过程中起着重要作用。我们将以SH-SY5Y和N2a细胞为材料，分别用可引起ER胁迫和线粒体功能紊乱的CytoPrP和PrP106-126处理细胞，在不同时间点利用HiSeqGA IIx测序技术动态监测感染后细胞的全转录组谱的变化，通过生物信息学分析找到一些关键分子，为阐明朊病毒致病机理、探讨潜在治疗方案提供新的理论依据。

按照Clark形态学分类的特点，可以将程序性细胞死亡方式分为三种，即一类的细胞凋亡、二类的自噬性细胞死亡、三类的坏死性凋亡。细胞自噬广泛存在于真核细胞，具有清除胞内聚集物和错误折叠蛋白的功能，其功能紊乱或丧失与多种疾病发生密切相关。过度细胞自噬会发展成自噬性细胞死亡。朊病毒是一种非同寻常的蛋白质感染因子，可引起人和动物的中枢神经系统退行性疾病，致死率 100%。细胞在朊病毒致病过程中常伴随着细胞自噬的发生，但神经元中大量自噬泡的形成可能参与了中枢神经系统病变。Prion为定位于细胞膜的糖蛋白，但我们前期研究发现，Prion具有抑制细胞自噬的功能。化合物Compound 1(CP1)是一种自噬诱导剂，我们利用 siRNA技术敲降Prion水平，通过免疫印迹检测自噬相关蛋白LC3-II表达，研究发现敲降Prion能够抑制Compound 1诱导的自噬，Compound 1可通过产生活性氧而导致DNA发生双链断裂，引起细胞核发生异常及小核的产生。另一种化合物Compound 2 (CP 2)是一种已经在临床使用的抗肿瘤药物，通过蛋白免疫印迹技术，我们发现在Cell line 1细胞中，Compound 2能够抑制自噬，而敲降Prion后，Compound 2能够促进自噬。Protein 1及Protein 2是细胞核中参与DNA修复并维持细胞核稳定的重要蛋白，通过免疫共沉淀技术，我们发现，在两种细胞系中，Prion都能跟这两种蛋白发生相互作用。同时我们还发现，不同细胞中Prion与自噬相关蛋白Protein 3的相互作用不尽相同。在细胞系2中我们发现Prion与Protein 3有着微弱的相互作用，而在细胞系3中则没有,这说明Prion 在不同细胞系中对自噬的影响有着不同。敲降Prion后，通过免疫共沉淀技术，我们检测了自噬相关蛋白LC3及Beclin1与其他相关蛋白的相互作用。另外，我们还发现，Prion还参与受体酪氨酸激酶的内吞过程。由于内吞和自噬的关系密切，因此，有理由相信，这种影响可能与其参与自噬调节有关。综上，我们的研究为阐明朊病毒的致病机理、探讨潜在的治疗方案提供新的理论依据。