《模擬生理環境中朊蛋白錯誤摺疊與聚集的機制》是依託武漢大學，由梁毅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：模擬生理環境中朊蛋白錯誤摺疊與聚集的機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：梁毅
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳染性海綿體腦病(TSE)是一種慢性並可在多種哺乳動物之間傳播的致死性神經退行性疾病。兔是少數幾種對TSE感染因子具有抗性的哺乳動物之一。細胞型朊蛋白錯誤摺疊為致病型朊蛋白發生在擁擠的細胞外膜環境中，而致病型朊蛋白是引起TSE的關鍵感染因子。本項目以人朊蛋白及其病理突變體和兔朊蛋白為研究對象，利用多糖擁擠試劑結合磷脂模擬擁擠的細胞外膜生理環境，運用生物物理學和細胞生物學的研究手段，研究模擬生理環境中兩種朊蛋白錯誤摺疊與聚集的動力學和二級結構變化規律，觀察其形成澱粉樣纖維程度及形態的差別，檢測人朊蛋白寡聚體、原纖維和成熟纖維的蛋白酶K抗性和細胞毒性，並與兔朊蛋白進行比較，探討細胞外膜生理環境在人/兔朊蛋白錯誤摺疊中的促進/抑制作用，闡明大分子擁擠和磷脂-靶分子相互作用協同影響朊蛋白錯誤摺疊的分子機制，從分子水平上解釋兔為何對TSE感染因子具有抗性，為TSE的治療和最終攻克提供有價值的信息。
結題摘要
傳染性海綿體腦病(又稱prion疾病)是一種慢性並可在多種哺乳動物之間傳播的致死性神經退行性疾病。兔是少數幾種對prion疾病具有抵抗性的哺乳動物之一。細胞型朊蛋白錯誤摺疊為致病型朊蛋白發生在擁擠的細胞外膜環境中，而致病型朊蛋白是引起prion疾病的關鍵感染因子。我們以重組兔朊蛋白為研究對象，並以致病蛋白質人朊蛋白及其病理突變體和牛朊蛋白為對照，利用多糖擁擠試劑模擬擁擠的細胞外膜生理環境，觀察和比較了模擬生理環境中這些蛋白質錯誤摺疊的動力學、程度和形態的差異。研究結果表明，生理擁擠環境強烈抑制了兔朊蛋白的錯誤摺疊，相反卻顯著促進了人朊蛋白或牛朊蛋白的纖維化聚集。蛋白酶K酶解抗性實驗則表明，人朊蛋白或牛朊蛋白澱粉樣纖維均含有抗蛋白酶K降解的約16 kDa的抗性核心片段，而兔朊蛋白澱粉樣纖維則不具有這種抗性核心片段。由於實現有效感染需要感染型朊病毒的積累速率遠大於其被細胞內質量控制系統清除的速率，同時抗性核心對於朊病毒的增殖具有重要的加速作用，因此生理擁擠環境的強烈抑制作用和蛋白酶抗性核心的缺乏驅使兔朊蛋白澱粉樣纖維在生理環境中很容易被蛋白質質量控制體系所清除，導致兔對prion疾病具有抵抗性。實驗結果還表明，一方面，生理擁擠環境顯著加速了人朊蛋白及其病理突變體E196K和D178N、人SOD1病理突變體A4V和人Ataxin-3澱粉樣纖維形成的成核過程，也強烈促進了被糖原合成酶激酶-3β過磷酸化修飾的人Tau蛋白片段Tau244-441纖維化聚集的成核過程，在神經退行性疾病的病理學進程中發揮著重要的促進作用；另一方面，生理擁擠環境促進了人朊蛋白纖維的片段化，和感染型朊病毒相似，片段化的人朊蛋白聚集體構象不穩定，對蛋白酶K具有高抗性，並能強烈誘導細胞型人朊蛋白生成澱粉樣纖維，這可能對於朊病毒感染及複製有著重要影響。相反地，大分子擁擠通過穩定兔朊蛋白單體和卵清溶菌酶單體強烈抑制了這兩種蛋白質的錯誤摺疊。我們推斷，相比於稀溶液條件，與神經退行性疾病相關的蛋白質在生理擁擠環境中更容易長成纖維；相反，一些非致病蛋白質在生理擁擠環境中則不太可能錯誤摺疊形成纖維。因此生理擁擠環境可能是非致病蛋白質錯誤摺疊的天生防禦機制，在蛋白質質量控制體系中發揮重要作用。上述研究增加了我們對神經退行性疾病分子機制的了解，而且有益於闡釋生理擁擠環境中蛋白質是如何錯誤摺疊和怎樣避免錯誤摺疊的。
