PINK1/parkin介导的线粒体自噬功能障碍在SCA3/MJD发病中的作用机制研究

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目的:研究ataxin-3是否参与了对PINK1/Parkin介导的线粒体自噬的调控;明确野生型和突变型ataxin-3对PINK1/Parkin介导的线粒体自噬的影响;阐述PINK1/Parkin介导的线粒体自噬功能障碍在SCA3/MJD发病机制中的作用。方法:以体外人工培养细胞为模型,通过目标质粒转染、相关药物等干预、应用免疫荧光-激光共聚焦技术明确ataxin-3是否参与PINK1/parkin介导的线粒体自噬途径的降解。应用werstem blot技术研究野生型、polyQ扩展突变型ataxin-3对PINK1蛋白以及线粒体蛋白降解的影响。抑制自噬-溶酶体途径、蛋白酶体途径后,野生型以及polyQ扩展突变型ataxin-3对PINK1蛋白降解的影响。结果:免疫荧光-激光共聚焦结果显示:PINK1蛋白定位于细胞质,模拟线粒体损伤的条件下,PINK1的蛋白聚集体在细胞内分布有所改变,但PINK1完全不能转移到细胞核内,线粒体部分聚集,不同程度地与PINK1共定位。在野生型ataxin-3干预组,PINK1蛋白聚集体定位于细胞核;而Poly Q扩展突变型ataxin-3组中,PINK1聚集体定位于细胞核。J功能区突变的野生型ataxin-3干预组中,在模拟线粒体损伤后,PINK1和线粒体蛋白明显聚集,两者出现明显共定位;而在J功能区突变的polyQ扩展突变型ataxin-3干预组组中,PINK1蛋白和线粒体蛋白也出现部分聚集,部分共定位。分别单独转染野生型ataxin-324Q和Poly Q扩展突变型ataxin-384Q,无论使用CCCP,3-MA,MG-132干预,野生型ataxin-324Q蛋白聚集体始终定位于细胞核。在野生型ataxin-324Q组中,抑制自噬-溶酶体通路,野生型ataxin-324Q和线粒体蛋白明显聚集与细胞核周,呈现明显的共定位;抑制泛素-蛋白酶体通路后模拟线粒体损伤,野生型ataxin-324蛋白聚集体明显减少。 Poly Q扩展突变型ataxin-384Q组中,无论使用CCCP,3-MA, MG-132处理,Poly Q扩展突变型ataxin-384Q蛋白聚集体始终定位于细胞质,在抑制自噬-溶酶体通路后模拟线粒体损伤,polyQ扩展突变型ataxin-384Q蛋白聚集体明显减少;抑制泛素-蛋白酶体通路后模拟线粒体损伤,polyQ扩展突变型ataxin-384Q蛋白聚集体和线粒体蛋白均较前更加聚集,两者明显共定位。western blot显示:非药物干预条件下,与单独表达PINK1组相比,ataxin-3干预组PINK1、线粒体蛋白均明显减少,尤其以ataxin-378Q组PINK1蛋白、线粒体蛋白减少明显。模拟线粒体损伤后,PINK1蛋白、线粒体蛋白均较干预前明显减少;而在ataxin-378Q组中,PINK1、线粒体蛋白减少更明显。抑制细胞自噬-溶酶体途径,与非ataxin-3干预组相比,无论是野生型ataxin-324Q组还是polyQ扩展突变型ataxin-378Q组PINK1蛋白均较较非ataxin-3组减少,polyQ扩展突变型ataxin-378Q组较少更明显;在抑制自噬-溶酶体后,非ataxin-3组线粒体明显增加,ataxin-3处理组线粒体蛋白较前明显减少,两组间无差异。抑制泛素-蛋白酶体途径,与抑制蛋白酶体途径前相比,无论对照组还是ataxin-3干预组,PINK1蛋白较前增加,尤其以ataxin-324Q组增加明显。抑制泛素-蛋白酶体通路,PINK1组线粒体较前明显减少;而野生型ataxin-3干预组线粒体蛋白无明显变化,而polyQ扩展突变型ataxin-3组线粒体蛋白明显增加。结论:PINK1蛋白与线粒体蛋白的代谢趋势基本一致。无论是野生型还是polyQ扩展突变型ataxin-3都可影响PINK1蛋白通过泛素-蛋白酶体通路以及自噬-溶酶体通路代谢。当自噬被抑制后,无论野生型还是polyQ扩展突变型ataxin-3组PINK1均可通过泛素-蛋白酶体通路代谢。当抑制泛素-蛋白酶体通路后,野生型ataxin-3组PINK1不能通过自噬-溶酶体通路代谢;polyQ扩展突变型ataxin-3组PINK1可通过自噬-溶酶体通路代谢,线粒体蛋白不能通过自噬-溶酶体通路代谢。线粒体方面,在降低线粒体膜电位时,线粒体蛋白自噬较为完全,而抑制泛素时,polyQ扩展突变型ataxin-3失去向自噬-溶酶体通路转化的能力,从而造成过度自噬或者不能自噬,这可能就是SCA3/MJD的发病机制的一个方面。
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