我国科学家在亨廷顿病研究领域取得重要进展

发布日期2017-09-04 09:44 来源:本站

在国家自然科学基金“器官衰老与器官退行性变化的机制”重大研究计划项目的资助下,复旦大学鲁伯埙课题组在亨廷顿发病机制方面取得重要进展。研究人员巧妙利用点击化学与均相时间分辨荧光手段研究变异亨廷顿蛋白mHTT不同构象的降解速率,建立了同一种疾病蛋白的不同构象与其降解速率的联系,并证明了其中一种毒性较高蛋白构象种类不易被选择性自噬识别,从而降解速率较慢。该研究从全新角度揭示了神经退行性疾病的可能机制。相关研究成果以A toxic mutant huntingtin species is resistant to selective autophagy”(一种毒性的变异亨廷顿蛋白构象种类抵抗选择性自噬)为题于2017年9月4日在线发表在Nature Chemical Biology上。论文链接为http://dx.doi.org/10.1038/nchembio.2461

绝大多数神经退行性疾病主要由特定致病蛋白质的“错误折叠”引起。蛋白质“正常折叠”出的三维结构由该蛋白质的氨基酸序列所决定,这被称为Anfinsen法则,该法则是结构生物学的根本基础,Anfinsen也因此于1972年获得诺贝尔奖。神经退行性疾病的致病蛋白则往往会被“错误折叠”,从而产生寡聚体和不可溶性多聚体,并产生神经毒性,最终导致疾病的发生。然而,除了形成聚集体,疾病蛋白的可溶性单体是否也会违背Anfinsen法则,通过“错误折叠”产生多种不同的构象(多态性),进而产生不同的毒性并导致疾病,却并不清楚。目前结构生物学的手段在体外条件下无法获得蛋白折叠的各种构象,即无法在细胞非变性条件下解析特定目标蛋白的精细结构,更加无法进一步证明各种构象可能的功能(毒性)差异。蛋白构象与蛋白毒性之间的关联很复杂,已有数据表明,疾病蛋白降解速率与其神经毒性呈显著的负相关,也即降解越慢,毒性越大。因此,在退行性疾病的发病机制中,蛋白降解速率可能是蛋白构象与毒性相关联的关键。一方面,蛋白的构象很可能影响其降解速率,而同一细胞不同的降解速率则表征不同的蛋白构象。另一方面,蛋白降解是蛋白功能的终极调控。亨廷顿病是四大神经退行性疾病之一,主要由变异亨廷顿蛋白(mHTT)的神经毒性导致。mHTT由于突变,包含一段过长的多聚谷氨酰胺序列(polyQ),其长度超过了一定阈值(36个Q)则会导致疾病。为何polyQ长度超过一定阈值会导致疾病,是疾病机制的最关键问题。一种较为合理的假说是polyQ超过一定长度后,构象产生了“多态性”,其中一些构象具有较高的毒性。但此假说缺乏直接的实验证据。

鲁伯埙课题组以蛋白降解速率为切入点,对亨廷顿病相关的mHTT的多态性和毒性进行研究。课题组建立了一种基于点击化学和均相时间分辨荧光的蛋白降解速率测量方法CH-chase,并成功利用该方法在病人的同一细胞样品中检测了不同polyQ抗体所识别的不同构象的mHTT的可溶性单体的降解速率。发现polyQ抗体3B5H10所识别的mHTT构象的降解速率明显低于其他polyQ抗体所识别的构象的降解速率,从而直接证明了不同polyQ类型的存在。进一步的机制研究发现亨廷顿病患者大脑组织和细胞中,该构象的赖氨酸63型泛素化几乎缺失,因此无法被选择性自噬接头蛋白p62识别,从而无法被选择性自噬降解,从而降解速率减缓,导致较高毒性。该研究揭示了mHTT的polyQ构象存在“多态性”,导致构象依赖的不同的降解速率,进而产生不同的毒性,从而解释了亨廷顿病的发病机制。

该发现刷新了对亨廷顿病发病机制的认识,其他的神经退行性疾病中,可能存在类似机制。因此可能提供了治疗神经退行性疾病的新思路:例如可寻找化合物促进致病蛋白从慢速降解的构象转变为快速降解的构象,从而达到治疗疾病的目的。该发现也揭示了选择性自噬比既往认识的更具选择性,即不仅能识别特定的蛋白进行降解,能识别同一蛋白的不同构象。

图:变异亨廷顿蛋白构象具有“多态性”。由于对选择性自噬的抵抗性,具有过长的多聚谷氨酰胺序列的变异亨廷顿蛋白被抗体3B5H10识别的蛋白构象类型降解速度更慢,毒性更强