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医学院朱献军教授团队共济失调研究成果在 Cell Death & Disease 发表

更新时间: 2018-09-30 点击量: 95
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2018年9月5日,医学院朱献军教授团队研究成果在Cell Death & Disease专业杂志发表。课题组运用基因敲除动物模型研究了Tmem30a基因在小脑朴肯野细胞(Purkinje cells)中的重要作用,发表题目为:Disruption of Tmem30a results in cerebellar ataxia and degeneration of Purkinje cells 的研究论文(Cell Death & Disease 2018, 9:899)。文章第一作者为电子科技大学医学院博士研究生杨业明。此研究得到国家自然基金面上项目和四川省杰出青年基金资助。

在真核生物中,细胞膜和胞内细胞器膜脂类分布是不对称的,正常生理状况下,约80%磷酸酰丝氨酸(Phosph-atidylserine,PS)在细胞膜内膜;相反的,另一种主要脂类磷酸酰胆碱(Phospha-tidylcholine, PC)主要分布于细胞膜外膜。维持这种不对称分布需要三种蛋白质:磷酸脂外翻酶(floppase)、内翻酶(fippase)Scramlase。这种膜上脂类分子不对称分布对于维持膜的正常形态结构和物理特性很重要,对于维持细胞的正常生理功能也至关重要。细胞内多种重要过程(胞内分选和运输,内吞过程,囊泡运输,膜的融合等)都与上述细胞膜的组成特点和物理特性有关。哺乳动物基因组编码14PS内翻酶,这些酶对于维持细胞膜脂类分子的正常分布十分重要,进而对于细胞的生理功能很关键。除了少数功能方面的研究,大多数PS内翻酶的生物功能尚不清楚。近年来内翻酶突变与动物发育异常和人类疾病的关联陆续被不同实验室证实,这些内翻酶蛋白家族成员在机体内的重要性逐渐被人们所认识。在秀丽线虫中,内翻酶编码基因TAT1缺失导致PS暴露于生殖细胞表面,有些神经元丢失。ATP8B1 基因突变导致遗传性胆汁淤积,临床表现为胆汁分泌缺陷和听力丧失。Atp11c缺失与B细胞发育有关。2012年朱献军教授研究团队发现Atp8a2 突变小鼠突变小鼠有严重的神经行为异常, 比如身体颤抖,行走摇摆等,在神经系统,包括小脑,脊髓和视网膜等多个部位有轴突病变;随后发现突变小鼠视网膜感光细胞退行性病变。ATP8A2 错义突变被发现与一种罕见的神经疾病-小脑共济失调、智力发育迟缓及平衡失调综合症有关(Cerebellar ataxia, mental retardation and dysequilibrium syndrome (CAMRQ) 有关。

 

        图1. Tmem30a 肝细胞敲除疾病模型论文发表在American Journal of Pathology 

ATP8A2 发挥正常功能需要一个beta亚基Tmem30a。哺乳动物基因组编码14PS 内翻酶。这些PS 内翻酶存在组织表达冗余,给功能研究带来挑战。Tmem30a可结合多个PS 内翻酶,在组织发育过程中有重要作用,研究Tmem30a的功能可了解PS不对称分布在组织发育和疾病中的作用。课题组构建了Tmem30a条件性基因敲除小鼠模型,发现Tmem30a在视网膜感光细胞中有重要作用:Tmem30a缺失导致视锥和视杆细胞功能受损,细胞死亡。课题组进一步发现Tmem30a在多个器官中发挥重要作用。肝细胞特异敲除Tmem30a导致胆酸运输有关蛋白表达定位异常,血清中胆酸浓度升高,胆红素积累,表现出胆汁淤积。

2. 小脑朴肯野细胞胞体和树突。(引自:https://www.uthsc.edu/neuroscience/imaging-center/)

 

3. Tmem30a 小脑朴肯野功能研究论文。

共济失调是一种退行性神经疾病,表现为身体平衡或运动缺乏协调,行走不稳等。多由小脑或脊髓受损引起,一部分病例有家族史。PS内翻酶ATP8A2突变表现出严重的共济失调促使课题组研究Tmem30a在小脑中的功能。小脑朴肯野细胞由于细胞具有很多树突,对蛋白质合成、运输和能量代谢要求高,容易受损伤(图2)。为此,课题组使用Pcp2Cre构建了小脑朴肯野细胞特异敲除小鼠模型(KO),发现敲除小鼠表现出严重的共济失调(Ataxia)。敲除小鼠小脑中Tmem30a 表达水平降低到对照的40% 左右;小脑切片免疫染色实验发现TMEM30A 在突变朴肯野细胞中无法检测到。敲除小鼠出生20天后朴肯野细胞即出现突触减少,30天朴肯野细胞即出现死亡。Tmem30a 缺失还导致胶质纤维酸性蛋白(Glial fibrillary acidic protein, GFAP)表达增高,在朴肯野细胞死亡区域引发astrogliosis。实际上,免疫萤光染色和免疫印迹实验均发现可见的朴肯野细胞死亡之前即出现内质网应急反应:C/EBP homologous protein (CHOP) BiP 蛋白表达增加(图3)。细胞凋亡随即出现。该研究揭示了Tmem30a在内小脑朴肯野细胞中的重要作用,提示磷酸酰酯类分子膜分布在神经组织发育和功能维持方面有重要作用。有趣的是Atp8a2 并不在朴肯野细胞中表达,到底是哪一个/几个PS内翻酶在朴肯野细胞中琦作用还需要进一步研究。

 

Cell Death & Disease杂志是自然出版集团主办的同行评审专业期刊,中科院分区二区,是细胞生物学子行业的优秀级杂志,在细胞生物学领域具有较强影响力,主要侧重于转化医学细胞死亡领域,肠道癌症、免疫和神经生物学领域的多元化、整合实验研究。该杂志两年的影响因子为 5.638,五年影响因子为6.187

朱献军教授研究团队主攻退行性神经疾病基因敲除模型、疾病分子机制和基因治疗研究,由6名博士研究生、3名硕士研究生和2名技术员组成。朱献军教授为医学院博士生导师,研究方向为退行性疾病分子机制和基因敲除疾病模型,2013年入选四川省百人计划,2014年获四川省杰出青年基金资助, 2016年获得人类基本模型四川省青年科技创新团队项目。目前主持多个科研项目:国家重大研究计划973项目(课题骨干)1项、国家自然科学基金委面上项目3项。在国际著名专业刊物发表学术论著29篇。

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41419-018-0938-6.