细胞黏附分子L1与动力蛋白Dynamin1相互作用调控阿尔兹海默症发病机制

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背景:阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease,AD)是一种持续性神经退行性疾病。AD的病因主要是由于可溶性的单体淀粉样蛋白β(amyloid beta,Aβ)片段聚集,导致原纤维沉积,最终形成淀粉样斑块。L1神经细胞黏附分子(L1 cell adhesion molecule,L1)是200-220 kDa跨膜糖蛋白,含有六个免疫球蛋白(Ig)样结构域和五个纤连蛋白III型重复,以及单通道跨膜区和胞内结构域(L1 intracellular domain,L1-ICD)。前期研究发现,当L1在神经元和神经胶质中过表达时,可显著降低AD小鼠的病理症状,提示L1可能在缓解AD症状中具有重要的生物学功能。动力蛋白Dnm1(Dynamin1)是一种100 kDa的GTP水解酶,参与网格蛋白介导的内吞作用与囊泡循环。先前的研究发现抑制Dnm1的表达可以显着降低N2a-APP695细胞中的Aβ表达水平。表明Dnm1在AD进展中发挥重要作用。因此,我们推测L1可能与Dnm1通过组成蛋白质复合体参与调控Aβ表达水平。研究L1和Dnm1在AD发病进程中的相互作用,及其对Aβ表达水平的调控机制,可以为L1/Dnm1作为潜在的AD临床治疗手段提供理论依据。  目的:研究L1和Dnm1在AD病理过程中的相互作用。  方法:首先我们利用免疫共沉淀和质谱分析推测可能与L1-ICD结合的分子,结果显示在小鼠脑组织中,L1可能与Dnm1存在相互作用。我们进一步利用免疫荧光染色和激光共聚焦显微镜分别检测两者在HEB细胞和U-87 MG细胞中的表达定位情况。同时,我们利用免疫共沉淀技术和GST pull-down分别在体内和体外验证L1与Dnm1的结合。为了表达GST-L1-ICD和Dnm1功能域重组蛋白,我们构建了质粒pET-32a-Dnm1-full-length,pET-32a-Dnm1-GTPase,pET-32a-Dnm1-MID,pET-32a-Dnm1-PH,pET-32a-Dnm1-GED,pET-32a-Dnm1-PRD,以及pGEX-5X-1-L1-ICD,进而在原核表达系统中表达出GST-L1-ICD,His-Dnm1-GTPase,His-Dnm1-MID,His-Dnm1-PH,His-Dnm1-GED,His-Dnm1-PRD,His-Dnm1-full length,随后通过GST pull-down实验确定L1与Dnm1相互作用结构域。之后我们利用免疫印迹检测过表达Dnm1后N2a细胞中APP的表达水平。免疫组化试验检测AD小鼠中L1与Dnm1的变化情况。  结果:我们的研究结果显示L1和Dnm1在神经细胞中存在共定位。体内和体外研究结果表明L1可以通过其细胞内结构域直接与Dnm1相互作用,进一步研究发现Dnm1可以通过Dnm1-GTPase蛋白质结构域直接与L1-ICD结合。在过表达Dnm1的N2a细胞中,可检测到APP蛋白表达水平降低。与野生型相比,在AD小鼠海马CA1区中L1蛋白水平升高,Dnm1水平降低。进而L1和Dnm1可能组成一个蛋白质复合体在AD发生过程中调节Aβ的表达水平。  结论:L1和Dnm1通过L1-ICD和Dnm1-GTPase结构域直接相互作用组成蛋白质复合体,可能在AD发生过程中调节Aβ的表达水平。这一机制的阐释对L1应用于AD临床治疗,改进AD治疗手段,都具有非常重要的意义。
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