复旦大学青年教授最新Nature子刊：全新角度揭示神经退行性疾病的新机制

　　

生物通报道 来自复旦大学生命科学学院的研究人员发表了题为“A toxic mutant huntingtin species is resistant to selective autophagy”的文章，利用点击化学与均相时间分辨荧光手段，建立了同一种疾病蛋白的不同构象与其降解速率的联系，从全新角度揭示了神经退行性疾病的可能机制。

这一研究成果公布在今天（9月5日）的Nature Chemical Biology杂志上。文章的通讯作者为复旦大学生科院的鲁伯埙教授，第一作者为复旦大学博士后付玉华、硕士生吴鹏、潘宇寅和青年副研究员孙晓俐。

大多数神经退行性疾病可能主要由特定致病蛋白质的“错误折叠”引起。蛋白质“正常折叠”出的三维结构由该蛋白质的氨基酸序列所决定，这被称为Anfinsen法则（Anfinsen’s Dogma），并获得1972年的诺贝尔奖。而该法则也是结构生物学的根本基础。

神经退行性疾病的致病蛋白则往往会被“错误折叠”，形成寡聚体和不可溶性多聚体，并产生神经毒性，最终导致疾病。然而，除了形成聚集体，疾病蛋白的可溶性单体是否也会违背Anfinsen法则，通过“错误折叠”产生多种不同的构象（多态性），进而产生不同的毒性并导致疾病发生，却未见报道，而这是关于疾病致病机制的根本性问题。

目前结构生物学的手段无法在细胞非变性条件下解析特定靶蛋白的精细结构，而体外条件下则无法获得蛋白折叠的各种构象，更加无法进一步解析各种构象可能的功能（毒性）差异。蛋白构象与蛋白毒性之间的关联很复杂，鲁伯埙课题组巧妙地以蛋白降解速率为全新的切入点进行研究。一方面，蛋白的构象很可能影响其降解速率，而同一细胞不同的降解速率则表征不同的蛋白构象。另一方面，蛋白降解是蛋白功能的终极调控。Finkbeiner实验室研究成果提示，疾病蛋白降解速率与其神经毒性呈非常显著的负相关，也即降解越慢，毒性越大。因此，蛋白降解速率可能是蛋白构象与毒性相关联的关键。

鲁伯埙课题组选择了引起重要遗传性神经退行性疾病亨廷顿病的变异亨廷顿蛋白（mHTT）为研究对象探索这个问题。

亨廷顿病是四大神经退行性疾病之一，主要由疾病蛋白mHTT的神经毒性导致。mHTT由于突变，包含一段过长的多聚谷氨酰胺序列（polyQ），从而导致疾病。有趣的是，有间接证据表明，不同polyQ抗体识别的mHTT可能具有不同的毒性，但机制未知。

鲁伯埙课题组建立了一种基于点击化学和均相时间分辨荧光的蛋白降解速率测量方法CH-chase，并成功利用该方法在病人的同一细胞样品中检测了不同polyQ抗体所识别的不同构象的mHTT的可溶性单体的降解速率。研究发现polyQ抗体3B5H10所识别的mHTT构象的降解速率明显低于其他polyQ抗体所识别的构象的降解速率，从而直接证明了不同polyQ类型的存在。进一步的机制研究发现病人细胞及大脑组织中，该构象的赖氨酸63型泛素化几乎缺失，因此无法被选择性自噬接头蛋白p62识别，从而无法被选择性自噬降解，从而降解速率减缓，导致较高毒性。

由于对选择性自噬的抵抗性，具有过长的多聚谷氨酰胺序列的变异亨廷顿蛋白降解速度更慢，毒性更强

这一研究揭示了神经退行性疾病蛋白的可溶性单体构象存在“多态性”，导致构象依赖的不同的降解速率，进而产生不同的毒性。该发现不仅刷新了科学家对疾病机制的认识，并且提供了治疗疾病的新思路：例如可寻找化合物迫使疾病蛋白从慢速降解的构象转变为快速降解的构象，从而治疗疾病。这一发现也揭示了选择性自噬比之前科学家所认识的还要更具选择性：它不仅能识别特定的蛋白降解，甚至能识别同一蛋白的不同构象。

作者简介：

鲁伯埙

2009年获美国宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）医学院生物医学博士；2010年至2012年任诺华制药（Novartis）总裁博士后（Presidential Postdoctoral Fellow），专长为神经退行性疾；2012年9月被聘为复旦大学生命科学学院研究员、博士研究生导师，并入选中组部第二批“****”。

主要研究方向 (Research Interests)

1. 神经退行性疾病的治疗药靶；
2. 神经退行性疾病细胞特异性机制；
3. 建立新的高通量药物筛选技术。

神经疾病往往由正常基因功能的缺失或变异基因的异常功能导致。前者需要对正常基因的神经生理功能进行研究，后者则需要寻找变异基因产生异常功能的机制，以及抑制变异基因表达的方法。本实验室导师的主要成绩涵盖了以上两个方面：一、发现正常生理条件下控制神经兴奋性的背景钠离子通道基因，以及其受神经肽及胞外钙离子调控神经元兴奋性的机制；二、针对神经退行性疾病（亨廷顿病）致病基因变异HTT的药靶筛选，验证和机制研究。主要成果作为原创型研究论文发表在《Nature》，《Cell》，《Nature Neuroscience》和《Neuron》等期刊（均为第一作者或通讯作者）。此外，和美国哈佛大学医学院麻省总院，贝勒医学院，诺华制药等学术及企业界的实验室均保持长期密切合作关系。

本实验室导师欢迎开放式的讨论学生，博士后以及研究助理的职业理想和目标。本实验室的宗旨为寻找个人职业理想与实验室目标共同的切入点，形成互生关系，努力完成共同的目标以及所希望接受的能力素质培养。

原文标题：

A toxic mutant huntingtin species is resistant to selective autophagy