Hsp22對SCA3-MJD轉基因果蠅模型的保護作用研究.pdf

1、遺傳性脊髓小腦型共濟失調(Spinocerebellar ataxia，SCAs)是一類常見的神經系統(tǒng)退行性疾病，多呈常染色體顯性遺傳，臨床主要表現(xiàn)為共濟失調、構音障礙、吞咽困難、眼球震顫、運動障礙等，致殘率、致死率高。SCAs具有明顯的遺傳異質性，目前已經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，在中國人群中，該

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

3、常擴增所致，在病理、發(fā)病機制以及臨床表現(xiàn)上均有相當程度的相似性，即含有異常擴展的polyQ肽鏈的蛋白在神經系統(tǒng)特定區(qū)域(小腦、腦干、脊髓等)導致神經元變性死亡，并形成核內包涵體(neuronal intranuclear inclusions，NIIs)。 雖然目前的研究已經明確異常擴展的polyQ突變蛋白促發(fā)了整個病變過程，但引起神經元損害的具體機制還不清楚。可能的機制包括基因突變后產生的polyQ片斷錯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，干擾了基本的細胞過程如轉錄，蛋白降解，氧化應激以及生存/凋亡通路等。對包括SCA3/MJD疾病在內的一些polyQ疾病的標志性的病理結構一神經元核內包涵體的免疫反應研究發(fā)現(xiàn)，在polyQ疾病患者腦內以及細胞和轉基因動物模型中，大量的熱休克蛋白被募集進入NIIs，提示細胞內有助于蛋白折疊，聚合物解聚和擴增的poly(Q)降解的機制被激活。國外研究也已經證實大分子熱休克蛋白如Hsp70，Hsp4.0對

5、SCA3/MJD疾病動物模型具有明顯的保護作用。 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，在通過促進蛋白折疊恢復蛋白正常生理結構和功能，以及轉運，抗氧化應激和抗調亡等方面發(fā)揮重要作用。我們在前期研究中還發(fā)現(xiàn)人Hsp22基因突變還導致了另外一種神經系統(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，也說明Hsp22在維持蛋白正常生理結構和功能中具

6、有重要作用。Hsp22還是一種線粒體蛋白，線粒體對活性氧簇非常敏感，提高Hsp22的表達水平有助于保護線粒體蛋白防御氧化應激。而在polyQ疾病中氧化應激是一種較為常見的發(fā)病機制，對該類疾病動物模型進行抗氧化處理，疾病表型得到了顯著改善。鑒于Hsp22的上述作用，我們設想若能利用Hsp22對polyQ蛋白進行干預，或許能改善異常擴增的polyQ蛋白的錯誤折疊，抑制polyQ蛋白的細胞毒性，有助于治療包括SCA3/MJD在內的polyQ疾

7、病。 作為一種經典的模式生物，轉基因果蠅模型在神經退行性病和遺傳病的研究中發(fā)揮了日益重要的作用，目前國外已經構建了包括SCA3/MJD疾病在內的許多神經系統(tǒng)退行性疾病和遺傳病轉基因果蠅模型。 在本實驗中，我們選用gmr-GAL4和elav-GAL4，利用經典的GAL4-UAS系統(tǒng)，將含有78個CAG重復擴增的ataxin-3蛋白片斷(MJDtr-Q78)分別在果蠅眼睛和神經系統(tǒng)選擇性表達，結果MJDtr-Q78在果蠅眼睛

8、的表達導致果蠅眼睛視網膜細胞嚴重變性壞死，眼睛結構幾乎完全破壞，而在果蠅神經系統(tǒng)的強烈表達則導致了果蠅的發(fā)育明顯受阻，所有果蠅完全致死，從而成功地構建了gmr-GAL4/UAS和elav-GAL4/UAS系統(tǒng)SCA3/MJD轉基因果蠅模型。然后我們通過果蠅雜交將與人類Hsp22具有相似生物學特點的果蠅內源性Hsp22在果蠅眼睛和神經系統(tǒng)過表達，并利用遺傳方法和熱休克反應使Hsp22以不同水平表達，結果發(fā)現(xiàn)Hsp22過表達顯著抑制了MJD

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