阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种以渐进性记忆力丧失和认知障碍为主要症状的神经退行性疾病。AD病人中神经细胞的死亡缺失导致的脑萎缩是AD发生最直接的因素。细胞周期素依赖蛋白激酶5(Cyclin-dependent kinase 5,CDK5)对神经元的凋亡具有重要的调控作用。在AD致病过程中或其他神经毒性刺激情况下,CDK5的激活因子p35会被切割为更稳定的p25,从而过度激活CDK5,CDK5通过磷酸化tau等底物促进神经元的凋亡。为进一步探讨CDK5在神经元凋亡中的作用,我们首先通过不同的方法鉴定了 CDK5的新的底物,并研究了它们如何介导了 CDK5的促凋亡作用。我们发现胞内氯离子通道 4(Chloridion intracellular channel 4,CLIC4)是CDK5的一个新底物。CDK5可以磷酸化CLIC4的第108位的丝氨酸,并促进其蛋白稳定性。在神经元细胞凋亡过程中,CDK5被过度激活,同时伴随着CLIC4蛋白水平的升高,而在神经元中过表达CLIC4可以促进神经元凋亡的产生。通过shRNA敲低CLIC4或采用CLIC4的抑制剂IAA94可以缓解由H202造成的神经元凋亡。该项研究暗示了异常激活CDK5诱导的神经元凋亡在一定程度上是通过CLIC4实现的。细胞周期退出和神经分化蛋白 1(Cell-cycle exit and neuronal differentiation 1,CEND1)是我们发现的CDK5的另外一个底物。CDK5在第10位的丝氨酸磷酸化CEND1从而促进了其降解。在神经元细胞凋亡过程中,CDK5被过度激活,同时伴随着CEND1蛋白的丢失,而在神经元中敲低CEND1也会促进神经元的凋亡。我们观察到CENDI会结合在表皮生长因子受体(Epidermal growth factor receptor,EGFR)的酪氨酸激酶区,结合之后不会影响其激酶活性,但是会降低EGFR的泛素化水平,促进其稳定性。神经凋亡中CEND1的丢失会降低EGFR的水平,EGFR水平的降低引发了神经元细胞的凋亡。该项研究阐明了 CDK5诱导神经元凋亡的另外一条新机制:CDK5的异常激活磷酸化CEND1的S10位点,并促进CEND1降解,CENDI的缺失会进一步促进EGFR的泛素化降解从而诱导神经元凋亡。CDK5和GSK3β是阿尔茨海默病发生发展过程中两个十分重要的激酶,它们都可以诱导tau蛋白的过度磷酸化,进而导致神经纤维缠结的产生。p25是CDK5的激活因子,而我们发现p25可以结合并激活GSK3β,而且GSK3β和p25共表达所导致的神经元损伤要大于CDK5和p25共表达所导致的神经元损伤。相比于CDK5的siRNA,GSK3β的siRNA可以更加显著地缓解由p25所诱导的神经元损伤。这些结果暗示了在病理条件下,p35被切割成p25以后,p25可能主要通过激活GSK3β而导致AD的病理发生,而不是目前认为的通过激活CDK5。该研究第一次发现和AD密切相关的两个重要激酶之间的联系,为理解AD的致病机制以及为后续的药物靶点的开发提供了新的理论基础。作为一个在AD发生中起到关键作用的蛋白激酶,CDK5功能的发挥主要通过其对底物的调控而实现的。本论文研究了 CDK5通过对其新发现的底物CLIC4和CEND1的磷酸化及其功能影响,进一步深入理解了 CDK5导致神经元凋亡的机制。我们还发现CDK5和GSK3β的活性都受p25的调控,拓宽了我们对于p25诱导神经元损伤的认识。总之,这些研究对于我们理解阿尔茨海默病的发生发展具有重要的意义,也为相应的药物开发提供了理论和实验支持。