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内质网关联降解通路对神经退行性疾病致病蛋白的降解调控

作　者: 应征
导　师: 王光辉
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 神经生物学
关键词: 神经退行性疾病肌萎缩侧索硬化症铜锌过氧化物歧化酶脊髓小脑共济失调Ⅲ型／马查多-约瑟夫病 ataxin-3 内质网关联降解通路 gp78
分类号: R741
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

许多神经退行性疾病如老年性痴呆、帕金森病、肌萎缩性侧索硬化症、多聚谷胺酰胺病、朊蛋白病和家族性神经抑丝酶包涵体脑病的核心病理特征是由错误折叠的致病蛋白异常积聚而导致的聚集,致病蛋白突变后因蛋白构像的改变而导致错误折叠。这些蛋白的聚集体常与泛素、分子伴侣和蛋白酶体的亚单位结合在一起。肌萎缩侧索硬化症(ALS)的发病与铜锌过氧化物歧化酶SOD1的基因突变有关,而脊髓小脑共济失调3型(SCA3)/马查多-约瑟夫病(MJD)的致病蛋白为ataxin-3。这两种致病蛋白对神经元有毒性作用,在病人脑中都是错误折叠且形成聚集体。近期有文献报道这两个疾病相关蛋白都与内质网有关联,参与调控内质网相关降解通路。它们在内质网上的异常积聚可导致内质网应激。内质网关联降解通路是真核细胞中极为重要的一个蛋白质量控制系统,负责清除错误折叠的内质网内蛋白。许多未正确装配或错误折叠的蛋白都会在内质网内大量沉积,于是被选择成为内质网关联降解通路的底物由内质网经泛素蛋白酶体系统降解。底物蛋白的泛素化是这条通路中必不可少的环节,而泛素化的实现依赖于泛素连接酶(E3)。至今已有至少五种E3s被发现与内质网关联降解通路有关,其中两个研究得最多的是:gp78和Hrd1。和其它的内质网相关E3相似,gp78是一个内质网跨膜蛋白,含有RING finger型的活性结构域,此结构域暴露在细胞质环境中,可催化底物蛋白的泛素化。本论文主要探索了内质网关联降解通路对ALS及SCA3/MJD这两种疾病的相关蛋白的调控。首先,我们发现了gp78可以与SOD1和ataxin-3这两个蛋白结合,过表达gp78可以促进这两个蛋白的泛素化及降解,而沉默gp78的表达可以稳定这两个蛋白。其次,我们的结果表明gp78在突变体SOD1及ataxin-3的转染细胞中,以及在ALS发病鼠中,都有表达的上调。最后,我们观察到gp78通过这种对SOD1的降解调控,可以减缓突变体SOD1的聚集并保护细胞免受这种由SOD1聚集体引起的细胞死亡。由此可以看出,gp78可以调控SOD1和ataxin-3经内质网关联降解通路降解,动物实验结果提示这种降解调控作用可能参与了ALS和SCA3/MJD的发病过程。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
缩略词  10-12
第一章绪论  12-25
  1.1 肌萎缩侧索硬化症(ALS)与铜锌过氧化物歧化酶(SOD1)  12-16
    1.1.1 肌萎缩侧索硬化症(ALS)  12
    1.1.2 铜锌过氧化物歧化酶(SOD1)  12-15
    1.1.3 铜锌过氧化物歧化酶(SOD1)与内质网应激(ER stress)  15-16
  1.2 脊髓小脑共济失调3型(SCA3)/马查多-约瑟夫病(MJD)与ataxin-3  16-19
    1.2.1 脊髓小脑共济失调3型(SCA3)/马查多-约瑟夫病(MJD)  16-17
    1.2.2 Ataxin-3  17-19
  1.3 泛素蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system)与内质网关联降解通路(ER-associated degradation)  19-25
    1.3.1 泛素蛋白酶体系统  20-22
    1.3.2 泛素蛋白酶体系统与神经退行性疾病  22
    1.3.3 内质网关联降解通路(endoplasmic reticulum-associated degradation(ERAD))  22-25
第二章材料与方法  25-30
  2.1 质粒DNA的小量制备(质粒抽提)  25
  2.2 质粒构建之聚合酶链式反应篇(Polymerase Chain Reaction, (PCR))  25-26
  2.3 质粒构建之酶切,连接,转化和鉴定篇  26-27
  2.4 细胞转染  27
  2.5 免疫组化  27-28
  2.6 体外泛素化反应(In Vitro Ubiquitionation Assay)  28
  2.7 Western Blot 之SDS-PAGE电泳  28-29
  2·8 Western Blot之免疫印迹  29-30
第三章结果与讨论  30-51
  3.1 SOD1和ataxin-3聚集体在内质网的定位  30-32
  3.2 内质网关联的核心E3 gp78促进SOD1与ataxin-3经蛋白酶体降解  32-36
  3.3 gp78结合并促进SOD1与ataxin-3的泛素化  36-39
  3.4 gp78与SOD1及ataxin-3在内质网上形成泛素化的共聚集  39-43
  3.5 gp78的结构域在调控SOD1及ataxin-3的过程中发挥的作用  43-45
  3.6 内源性gp78对SOD1及ataxin-3的降解调控  45-46
  3.7 突变的SOD1及ataxin-3引起的内质网应激可以促进gp78的表达  46-47
  3.8 Gp78保护细胞免受于SOD1及ataxin-3引起的内质网应激和细胞损伤  47-49
  3.9 讨论  49-51
参考文献  51-57
致谢  57-59
攻读学位期间发表的学术论文与参加的学术会议  59-60

内质网关联降解通路对神经退行性疾病致病蛋白的降解调控

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