脊髓性肌萎缩症（Spinal muscular atrophy,SMA）是一种退行性运动神经元疾病,由SMN1（survival motor neuron 1）基因突变导致运动神经元蛋白缺失引起。SMA是婴儿最常见的致死性遗传病之一,发病率约为1/6000-10000。近年来SMA治疗的研究取得一定进展,但是仍有待进一步的研究突破。蛋白质的SUMO（Small ubiquitin-like modifier）化修饰是一种动态可逆的蛋白质翻译后修饰过程,共价修饰大量的细胞蛋白质,影响其所修饰蛋白质的定位与功能,参与细胞诸多生命活动过程的调节。本论文以SUMO特异性蛋白酶SENP2（Sentrin/SUMO-specific protease 2）敲除细胞和小鼠为研究对象,探究SMN蛋白的SUMO修饰过程及其在SMA疾病中可能的作用机制。本实验室前期研究发现SENP2敲除小鼠有癫痫猝死的表型,进一步观察小鼠运动行为,发现SENP2敲除小鼠在猝死前丧失运动能力,并且高架十字迷宫实验也发现SENP2敲除小鼠的运动能力存在缺陷。出生后4-6天小鼠进行翻正反射实验,发现SENP2敲除小鼠神经肌肉功能存在缺陷。进一步的小鼠组织学检测发现SENP2敲除小鼠的后腿肌肉肌纤维数量和脊髓中运动神经元数量明显下降。从小鼠胚胎成纤维（MEF）细胞、大脑和脊髓中提取mRNA和蛋白进行检测,结果发现SENP2敲除小鼠的MEF细胞、大脑和脊髓中SMN的mRNA水平没有明显变化,但是蛋白水平显著下降。上述结果显示SENP2敲除小鼠体内的SMN蛋白明显缺失,产生典型的SMA表型。SENP2的主要作用是介导蛋白质的去SUMO化修饰,因此SENP2可能去除SMN蛋白的SUMO修饰。一系列的生化实验证明SMN蛋白可以被SUMO修饰,并且主要被SUMO2修饰;介导SMN蛋白SUMO修饰的主要E3连接酶为PIAS2α;SENP2可以特异性去除SMN蛋白的SUMO修饰;最后通过点突变试验发现SMN蛋白的主要SUMO修饰位点包括K55和K119。上述结果表明SENP2缺失通过上调SMN的SUMO修饰,引起SMN蛋白的缺失,导致SMA疾病的产生,因此SUMO修饰可能影响SMN蛋白的稳定性。在HEK293T细胞中过表达SUMO2,内源性SMN蛋白的降解速度明显加快;过表达SENP2,SMN蛋白的降解速度则明显减缓;进一步将SMN蛋白的SUMO位点突变后,SMN蛋白的降解速度明显加快。这些结果表明,SUMO修饰促进SMN蛋白降解,降低SMN蛋白的稳定性,而SENP2可以去除其SUMO修饰,增强其稳定性。接下来探究了 SUMO修饰调控SMN蛋白降解的可能途径,发现SUMO修饰增加泛素化E1酶UBE1蛋白表达水平以及SMN和其泛素化E3酶ITCH的相互作用,增强SMN蛋白的泛素化修饰水平,最终促进SMN蛋白的降解,导致SMA疾病的发生。SMN核内定位时参与CB小体（CajalBody）形成。免疫荧光共定位实验发现SMN的SUMO修饰位点突变引起CB小体的数量明显增多。已有研究发现SMN的乙酰化修饰位点为K119,且乙酰化修饰抑制CB小体的形成。因此进一步探讨了 SMN的SUMO修饰对乙酰化修饰的影响,实验结果显示SMN的SUMO修饰明显增强其乙酰化修饰。因此,SUMO修饰通过增强SMN的乙酰化修饰,进而抑制CB小体的形成。综上所述,本研究利用小鼠模型和细胞模型,通过行为学和组织学实验发现SENP2敲除小鼠出现SMA表型,分子水平检测发现SENP2缺失不影响SMN基因的转录水平,但是下调SMN蛋白的表达水平。SMN蛋白主要被SUMO2修饰,E3连接酶主要为PIAS2α,SENP2特异性介导SMN蛋白的去SUMO修饰。SUMO修饰促进泛素-蛋白酶体介导的SMN蛋白的降解。SUMO修饰协同增强SMN蛋白的乙酰化修饰,进而抑制CB小体的形成。本论文主要发现SENP2缺陷引起SMN蛋白SUMO修饰的增强,进而影响SMN蛋白的稳定性和功能,最终导致SMA疾病的发生,这些结果将为SMA疾病的靶向治疗和药物开发提供新的理论依据和治疗靶点。