淀粉样蛋白（Aβ）突变体的制备、性质及其神经细胞毒性机制研究

发布时间：2018-11-19 20:00

【摘要】：阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是德国学者Alois Alzheimer于1907年首次报道的一种常发于老年人当中的神经退行性疾病。全世界大约有3000万人患有阿尔茨海默病,并且患病人数正在逐年增加,严重威胁到人类的健康。AD患者的主要临床表现为不同程度的记忆力丧失、认知能力降低、语言功能丧失、行为和感情活动异常。AD的病理特征包括神经元数量减少,颗粒空泡变性、淀粉样斑块和神经纤维缠结。AD的发病原因十分复杂,可能是多种因素相互作用的结果,迄今为止,其确切的发病机理还是一个未解之谜。淀粉样蛋白Aβ (amyloid beta peptide)是AD患者脑中老年斑(senile plaques,SP)的主要组成成分,在AD的发病机制的研究中占据着中心地位。在AD患者的脑内,Aβ由淀粉样前体蛋白APP(amyloid precursor protein, APP)酶切产生,释放进入突触,与同样释放进入突触中的游离状态的Cu2+,Zn2+等金属离子发生作用。在AD病人脑中,金属离子(Cu2+, Zn2+)能够诱导Ap聚集,同时促进自由基的产生,进一步加剧细胞毒性。与人淀粉样蛋白(human amyloid beta, hAβ)的氨基酸序列相比,鼠淀粉样蛋白(mouse amyloid beta,mAβ)的氨基酸序列发现了三个位点的氨基酸突变,即第五位的精氨酸变成了甘氨酸(R5G),第十位的酪氨酸变成了苯丙氨酸(Y1OF)和第十三位的组氨酸变成了精氨酸(H13R)。成年鼠类的大脑中没有发现老年斑,可能与这三个位点的氨基酸密切相关。研究表明,Y10F-Aβ1-40的神经细胞毒性比野生型Aβ1-40弱,表明Ap中第10位的酪氨酸在Ap的神经细胞毒性中发挥着重要的作用。除了Ap在脑中的聚集以外,AD的细胞病理学特征还包括血红素代谢紊乱。体外实验表明化学合成的Aβ通过Arg5和His13与血红素结合后形成具有过氧化物酶活性复合物。通过比较mAp和hAβ的性质和神经细胞毒性的差异,我们试图了解成年鼠大脑中没有淀粉样斑块的原因及其相关分子机制。通过原核表达系统获得了mAp和hAp,我们通过圆二色谱,硫磺素荧光光谱,ANS荧光光谱和透射电镜检测了mAp和hAp的聚集情况。细胞层次上使用荧光探针检测了ROS产生情况,同时测定了细胞活性。我们还监测了mAp和hAp与Heme的结合以及形成的复合物的过氧化物酶活性。实验结果表明,相对于hAp而言,mAp聚集生成淀粉样纤维的能力较弱和疏水能力都较小。透射电镜显示,mAp聚集形成稀少狭长的纤维。mAp的神经细胞毒性更低,可能的原因为mAp诱导细胞产生的ROS更少。相对于hAβ与Heme形成的复合物,mAβ与Heme形成的复合物在412nm处没有特征吸收峰,过氧化物酶活性较低。我们推测,鼠大脑中没有淀粉样斑块的原因为mAp聚集形成纤维的能力弱和神经细胞的毒性低。现在已知Ap在某些人群中具有基因突变的现象,这些突变会导致人群中早发性AD。与野生型的人淀粉样蛋白氨基酸序列相比,部分荷兰人中第22位的谷酸胺变成了谷氨酰胺(E22Q),部分大阪人中第22位的谷氨酸缺失(AE22)。我们采用分子生物学和蛋白质工程技术获得了高纯度的E22Q-Aβ1-42和ΔE22Aβ1-42。通过圆二色谱,硫磺素荧光光谱,ANS荧光光谱和透射电镜检测了E22Q-Aβ1-42和△E22Aβ1-42的聚集情况。细胞层次上使用荧光探针检测了ROS产生情况,同时测定了细胞活性。实验结果表明,相对于hAβ1-42而言,E22Q-Aβ1-42和△E22Aβ1-42聚集生成淀粉样纤维的能力和疏水能力都变弱。E22Q-Aβ1-42和△E22Aβ1-42的神经细胞毒性比野生型Aβ1-42更高,可能的原因为E22Q-Aβ1-42和△E22Aβ1-42诱导细胞产生的更多ROS。小角X射线散射可以用来测量颗粒大小为1-100nm的粒子的分布,而Aβ聚集后,其颗粒粒径恰好在这个范围。因此,我们采用小角X射线散射研究了Aβ的颗粒随时间的分布情况。实验结果表明,随着时间的增加,Ap逐渐聚集,旋转半径逐渐增大。加入金属离子(Cu2+和Zn2+)后,Aβ的聚集速度加快。本论文的研究结果为理解阿尔茨海默病的发病分子机制和疾病的防治提供了信息思路和理论依据
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【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R749.16

【参考文献】