GSK-3β介导了内质网应激诱导的tau蛋白过度磷酸化及大鼠空间记忆障碍

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本文主要从以下几部分展开:   第一部分   内质网应激通过激活GSK-3 β诱导tau蛋白过度磷酸化及大鼠空间记忆障碍阿尔茨海默病(Alzheimers Disease,AD)是一种最常见的神经退行性疾病。以细胞内的神经纤维缠结(neurofibrillary tangles,NFTs)和细胞外的老年斑(senile plaques,SPs)形成为主要两大病理特征。Tau蛋白是一种微管相关蛋白,具有促进微管蛋白聚合成微管和维持其功能稳定的作用。但当tau蛋白发生过度磷酸化时,将失去其对微管的稳定作用,导致神经退行性变。自从发现过度磷酸化的tau蛋白是组成AD 神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles,NFTs)的主要成分后,tau蛋白的研究即成为了热点。但对于AD中导致tau蛋白过度磷酸化的上游因素一直尚不清楚。内质网是蛋白质合成、折叠,维持钙稳态的重要场所。细胞内环境发生改变,未折叠/错误折叠蛋白发生聚集时,将诱导内质网应激。大量研究表明内质网应激与AD的病理改变密切相关,在AD 病人脑内发现,其海马神经元内内质网陪伴分子Bip(Bip/GRP78)和内质网膜的跨膜蛋白PERK、eIF2 α和IRE1 α的磷酸化水平明显增高。且内质网应激可激活AD-样tau蛋白异常磷酸化的关键性激酶GSK-3 β。由此提示内质网应激、tau 异常磷酸化和GSK-3 β之间存在重要联系。   目的:为了探讨内质网应激在AD 发病中的作用及其机制,在大鼠体内以及细胞水平进行了研究,旨在阐明内质网应激对tau蛋白磷酸化和大鼠空间记忆的影响及其机制。   方法:在动物水平采用脑立体定位技术,给予大鼠(左)侧脑室注射内质网应激诱导剂tunicamycin(衣霉素,TM)或thapsigargin(毒胡萝卜素,TG),以及联合注射GSK-3 β特异性抑制剂SB216763。分别进行Morris 水迷宫、免疫印迹、酶活性测定和免疫沉淀实验,来检测内质网应激对大鼠空间记忆能力以及tau蛋白磷酸化水平的影响及其机制。细胞水平,用thapsigargin 处理HEK293/tau 细胞,以及同时联合给予不同浓度的SB216763 或转染dnGSK-3 β(dominant-negative GSK-3 β)质粒,利用免疫印迹技术检测tau蛋白的磷酸化水平及其机制。   结果:在本实验中我们观察到以下结果。⑴ Tunicamycin/thapsigargin 诱导内质网应激。⑵ 内质网应激导致大鼠空间记忆障碍、tau蛋白的过度磷酸化以及GSK-3 β的激活。⑶ 抑制GSK-3 β,可以改善内质网应激所诱导的大鼠空间记忆障碍及tau蛋白的过度磷酸化。⑷ 内质网应激通过Akt,Fyn和 PTP1B 介导的途径,激活GSK-3 β。⑸ 内质网应激发生时,静息状态下与内质网跨膜蛋白PERK、IRE-1、ATF-6 结合的内质网陪伴分子Bip 游离下来,通过与GSK-3 β、tau蛋白的结合,导致tau蛋白的过度磷酸化。   由此我们得出以下结论:内质网应激通过Akt、Fyn和PTP1B 途径激活GSK-3 β,从而诱导tau蛋白过度磷酸化及其大鼠空间记忆障碍。   第二部分   LiCl 通过抑制GSK-3 β改善thapsigargin 诱导的tau蛋白过度磷酸化微管相关蛋白tau的异常过度磷酸化参与多种神经退行性疾病的发生发展,特别是阿尔茨海默病(Alzheimers Disease,AD)。内质网应激存在于多种神经退行性疾病中,且可激活导致tau蛋白过度磷酸化的关键激酶GSK-3 β。   目的:探讨内质网应激对tau蛋白磷酸化水平的影响及其相关机制。   方法:在动物水平,给予大鼠腹腔注射氯化锂(270mg/kg)两天,于第二天腹腔注射氯化锂后两小时,采用脑立体定位技术,给予大鼠(左)侧脑室注射thapsigargin(毒胡萝卜素)。在细胞水平,给予HEK293/tau 细胞和SH-SY5Y 细胞thapsigargin 处理,以及同时给予不同浓度氯化锂共孵育。利用蔗糖梯度离心及细胞体外孵育方法,分别将从HEK293/wt 细胞中提取的内质网(应激状态下(thapsigargin 处理)和非应激状态下(等量DMSO 处理)的内质网),与HEK293/tau 细胞的胞浆进行体外孵育,利用免疫印迹技术对tau蛋白磷酸化水平及GSK-3 β活性检测。   结果:在本实验中我们观察到以下结果。⑴ 在动物和细胞水平,thapsigargin 通过降低GSK-3 βSer-9位点的磷酸化水平,增加GSK-3 βTyr216位点的磷酸化水平,激活GSK-3 β,导致tau蛋白的过度磷酸化。⑵ 在动物和细胞水平,氯化锂通过抑制GSK-3 β,降低thapsigargin 所诱导的tau蛋白过度磷酸化。   结论:LiCl 可通过抑制GSK-3 β改善内质网应激所诱导的tau蛋白过度磷酸化。
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