Hsp22對(duì)SCA3-MJD轉(zhuǎn)基因果蠅模型的保護(hù)作用研究.pdf

1、遺傳性脊髓小腦型共濟(jì)失調(diào)(Spinocerebellar ataxia，SCAs)是一類(lèi)常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，多呈常染色體顯性遺傳，臨床主要表現(xiàn)為共濟(jì)失調(diào)、構(gòu)音障礙、吞咽困難、眼球震顫、運(yùn)動(dòng)障礙等，致殘率、致死率高。SCAs具有明顯的遺傳異質(zhì)性，目前已經(jīng)克隆的和已定位尚未克隆的致病基因至少已有三十余種。對(duì)不同地域、人種的研究發(fā)現(xiàn)尤以SCA3/MJD(Machado-Joseph disease，MJD)亞型最為常見(jiàn)，在中國(guó)人群中，該

2、型幾乎占所有遺傳性脊髓小腦型共濟(jì)失調(diào)病人的50％。SCA3/MJD致病基因 MJD1編碼區(qū)的3’端含一段CAG三核苷酸重復(fù)序列，正常個(gè)體其MJD1基因的CAG三核苷酸重復(fù)約12-40次，而SCA3/MJD患者其MJD1基因的CAG三核苷酸重復(fù)次數(shù)擴(kuò)展到55-84次，且重復(fù)次數(shù)越多，發(fā)病年齡越早，癥狀越嚴(yán)重。包括SCA3/MJD在內(nèi)，目前至少有9種神經(jīng)退行性疾病都是由于疾病蛋白內(nèi)多聚谷氨酰胺(polyglutamine，polyQ)肽鏈異

3、常擴(kuò)增所致，在病理、發(fā)病機(jī)制以及臨床表現(xiàn)上均有相當(dāng)程度的相似性，即含有異常擴(kuò)展的polyQ肽鏈的蛋白在神經(jīng)系統(tǒng)特定區(qū)域(小腦、腦干、脊髓等)導(dǎo)致神經(jīng)元變性死亡，并形成核內(nèi)包涵體(neuronal intranuclear inclusions，NIIs)。 雖然目前的研究已經(jīng)明確異常擴(kuò)展的polyQ突變蛋白促發(fā)了整個(gè)病變過(guò)程，但引起神經(jīng)元損害的具體機(jī)制還不清楚。可能的機(jī)制包括基因突變后產(chǎn)生的polyQ片斷錯(cuò)誤折疊形成的聚集物，影

4、響了蛋白一蛋白相互作用，改變了蛋白功能，干擾了基本的細(xì)胞過(guò)程如轉(zhuǎn)錄，蛋白降解，氧化應(yīng)激以及生存/凋亡通路等。對(duì)包括SCA3/MJD疾病在內(nèi)的一些polyQ疾病的標(biāo)志性的病理結(jié)構(gòu)一神經(jīng)元核內(nèi)包涵體的免疫反應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，在polyQ疾病患者腦內(nèi)以及細(xì)胞和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型中，大量的熱休克蛋白被募集進(jìn)入NIIs，提示細(xì)胞內(nèi)有助于蛋白折疊，聚合物解聚和擴(kuò)增的poly(Q)降解的機(jī)制被激活。國(guó)外研究也已經(jīng)證實(shí)大分子熱休克蛋白如Hsp70，Hsp4.0對(duì)

5、SCA3/MJD疾病動(dòng)物模型具有明顯的保護(hù)作用。 Hsp22屬一種小分子熱休克蛋白(small Heat Shock protein，sHsp)家族成員，同樣具有分子伴侶活性，在通過(guò)促進(jìn)蛋白折疊恢復(fù)蛋白正常生理結(jié)構(gòu)和功能，以及轉(zhuǎn)運(yùn)，抗氧化應(yīng)激和抗調(diào)亡等方面發(fā)揮重要作用。我們?cè)谇捌谘芯恐羞€發(fā)現(xiàn)人Hsp22基因突變還導(dǎo)致了另外一種神經(jīng)系統(tǒng)遺傳病—腓骨肌萎縮癥，突變蛋白形成了特征性的蛋白聚集物，也說(shuō)明Hsp22在維持蛋白正常生理結(jié)構(gòu)和功能中具

6、有重要作用。Hsp22還是一種線粒體蛋白，線粒體對(duì)活性氧簇非常敏感，提高Hsp22的表達(dá)水平有助于保護(hù)線粒體蛋白防御氧化應(yīng)激。而在polyQ疾病中氧化應(yīng)激是一種較為常見(jiàn)的發(fā)病機(jī)制，對(duì)該類(lèi)疾病動(dòng)物模型進(jìn)行抗氧化處理，疾病表型得到了顯著改善。鑒于Hsp22的上述作用，我們?cè)O(shè)想若能利用Hsp22對(duì)polyQ蛋白進(jìn)行干預(yù)，或許能改善異常擴(kuò)增的polyQ蛋白的錯(cuò)誤折疊，抑制polyQ蛋白的細(xì)胞毒性，有助于治療包括SCA3/MJD在內(nèi)的polyQ疾

7、病。 作為一種經(jīng)典的模式生物，轉(zhuǎn)基因果蠅模型在神經(jīng)退行性病和遺傳病的研究中發(fā)揮了日益重要的作用，目前國(guó)外已經(jīng)構(gòu)建了包括SCA3/MJD疾病在內(nèi)的許多神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病和遺傳病轉(zhuǎn)基因果蠅模型。 在本實(shí)驗(yàn)中，我們選用gmr-GAL4和elav-GAL4，利用經(jīng)典的GAL4-UAS系統(tǒng)，將含有78個(gè)CAG重復(fù)擴(kuò)增的ataxin-3蛋白片斷(MJDtr-Q78)分別在果蠅眼睛和神經(jīng)系統(tǒng)選擇性表達(dá)，結(jié)果MJDtr-Q78在果蠅眼睛

8、的表達(dá)導(dǎo)致果蠅眼睛視網(wǎng)膜細(xì)胞嚴(yán)重變性壞死，眼睛結(jié)構(gòu)幾乎完全破壞，而在果蠅神經(jīng)系統(tǒng)的強(qiáng)烈表達(dá)則導(dǎo)致了果蠅的發(fā)育明顯受阻，所有果蠅完全致死，從而成功地構(gòu)建了gmr-GAL4/UAS和elav-GAL4/UAS系統(tǒng)SCA3/MJD轉(zhuǎn)基因果蠅模型。然后我們通過(guò)果蠅雜交將與人類(lèi)Hsp22具有相似生物學(xué)特點(diǎn)的果蠅內(nèi)源性Hsp22在果蠅眼睛和神經(jīng)系統(tǒng)過(guò)表達(dá)，并利用遺傳方法和熱休克反應(yīng)使Hsp22以不同水平表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Hsp22過(guò)表達(dá)顯著抑制了MJD

9、tr-Q78的毒性，果蠅眼睛視網(wǎng)膜變性、壞死明顯緩解，果蠅存活能力大幅度提高，神經(jīng)元核內(nèi)包涵體的數(shù)量也明顯減少；Hsp22對(duì)MJDtr-Q78的毒性抑制作用與神經(jīng)元核內(nèi)包涵體的減少程度以及Hsp22的表達(dá)水平相關(guān)，從而證實(shí)了Hsp22對(duì)SCA3/MJD疾病具有保護(hù)作用。 Hsp22對(duì)SCA3/MJD轉(zhuǎn)基因果蠅模型的保護(hù)作用提示增強(qiáng)某些熱休克蛋白等分子伴侶活性對(duì)包括polyQ疾病在內(nèi)的神經(jīng)退行性疾病和遺傳病或許是一種潛在的治療方法