帕金森病和癌症相关蛋白DJ-1在自噬和线粒体的功能研究

【摘要】： 帕金森病(Parkinson's Disease, PD),是世界上最为常见的神经退行性疾病之一,其发病率和年龄呈显著正相关,60岁以上人群发病率约为1%,而85岁以上人群其发病率激增到3%左右。帕金森病的主要病理特征有两点,一是在中脑黑质致密部的多巴胺能神经元的选择性死亡,二是在存活的神经元中存在“路易小体”的病理性聚集。该病的临床特征表现为肌肉僵直、静止性震颤、运动障碍以及记忆力减退等,严重影响中老年人群的身心健康和生活质量,并给家庭和社会带来沉重的负担。大部分帕金森病人属于散发型帕金森病。在过去的十几年中,陆续有十几种致病基因被鉴定出和家族型帕金森病相关。流行病学统计,大约10-15%的帕金森病属于家族遗传型帕金森病。帕金森病相关基因突变或者缺失引起蛋白功能异常而导致发病,突出表现为发病年龄较早。帕金森病的具体的发病机制目前尚未明确,但分子生物学的研究发现,氧化应激、线粒体功能紊乱以及蛋白酶体损伤等是散发型和家族型帕金森病潜在的共有的发病机制。 2003年发现DJ-1与帕金森病相关,DJ-1的缺失或者166位亮氨酸突变为脯氨酸分别导致荷兰和意大利的两个家族型帕金森病。随后DJ-1其他的一些点突变包括A104T、M26I、D149A和E64D或者缺失突变在其他早发型帕金森病人中被鉴定出来。DJ-1相关的帕金森病人占总的早发型帕金森病人的大约1-2%。DJ-1是一个功能多样并且高度保守的蛋白。DJ-1能抵抗氧化应激、调控信号通路、调节基因转录以及具有分子伴侣功能。DJ-1在线粒体有少量分布,而且其病理突变体更倾向于定位在线粒体。DJ-1和其突变体在氧化应激下都向线粒体迁移富集。而有文献报道线粒体定位的DJ-1比正常分布或核分布的DJ-1具有更强的细胞保护功能。另外,传统观点认为L166P是野生型DJ-1的“失去功能”突变,但最近很多研究发现,过表达L166P会导致细胞对氧化损伤更加敏感,提示L166P在线粒体有毒性作用。但DJ-1和L166P在线粒体的具体的作用机制并不清楚。 DJ-1也是一种原癌基因蛋白,其高表达与肺癌、乳腺癌、前列腺癌以及卵巢癌紧密相关。在DJ-1相关的肿瘤中,自噬水平和自噬相关蛋白Beclin 1的水平比正常组织或邻近组织都是下调的。很多原癌基因蛋白被报道可以抑制自噬水平,DJ-1可能通过调控自噬在肿瘤发生过程中发挥作用。但到目前为止,DJ-1的功能以及其在帕金森病和相关癌症发病过程中所发挥的作用还不完全清楚。DJ-1在肿瘤细胞中的作用以及对肿瘤发生的调控,以及野生型DJ-1及帕金森病致病突变体L166P在线粒体的功能是我们关注的重点。 我们目前主要的发现包括： (一)在DJ-1相关的肿瘤细胞H1299中发现,沉默DJ-1的表达能促使自噬标记蛋白LC3由LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ的转换,而LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ的切割修饰对自噬体的形成是必不可少的,提示DJ-1在肿瘤发生中的作用可能跟自噬调控有关。进一步的研究表明,沉默DJ-1导致JNK通路激活促使自噬相关蛋白Beclin 1的转录上调而激活自噬,以及自噬底物p62的降解。用JNK的抑制剂SP600125预处理H1299细胞会阻断DJ-1对Beclin 1的转录调控及对自噬的调控。证明DJ-1通过JNK/Beclin 1通路调控自噬。另外在细胞饥饿处理下,沉默DJ-1促进自噬型细胞死亡。而在神经瘤细胞SH-SY5Y中沉默DJ-1并没有发现自噬水平的改变。这一发现为我们更好的了解DJ-1在肿瘤中的作用机制,寻求治疗肿瘤方法提供了提供了新的思路。 (二)免疫细胞化学染色和线粒体组分分离证实小部分的野生型DJ-1、大部分的DJ-1(L166P)定位在线粒体,体外结合实验发现DJ-1和DJ-1(L166P)都直接作用于线粒体相关蛋白Bcl-XL而非Bcl2和Bax,而在细胞中只有DJ-1(L166P)和Bcl-XL有弱结合作用。UV辐射处理细胞后发现DJ-1和DJ-1(L166P)都向线粒体迁移并富集在此,有趣的是UV极大地促进DJ-1、DJ-1(L166P)和Bcl-XL之间的结合。在UV刺激下,野生型DJ-1减缓Bcl-XL通过蛋白酶体系统过快降解,稳定Bcl-XL的蛋白水平从而抑制细胞死亡。而DJ-1(L166P)和Bax竞争结合Bcl-XL导致Bax激活而促进细胞死亡。本研究为更进一步了解DJ-1的细胞保护机制和DJ-1(L166P)的促凋亡机制,以及帕金森病的分子病理机制提供了新的思路。