蛋白激酶A作为微管亲和调控蛋白激酶2新型上游激酶调节微管稳定以及神经元极化

摘要

阿尔茨海默症(Alzheimer)是一种神经退行性疾病，Tau蛋白引起的神经元纤维缠结是其主要症状。在哺乳类中，Tau蛋白属于微管结合蛋白(Microtutbule-Associated Proteins，MAPs)家族一员，微管结合蛋白主要包括MAP1/2，MAP2c，MAP4和Tau蛋白。微管亲和调控蛋白激酶2(Microtubule-AffinityRegulating Kinases，MARK2)磷酸化微管结合蛋白，调控微管稳定而被命名为微管亲和调控蛋白激酶。MARK2磷酸化Tau蛋白以及微管结合蛋白重复区域的KXGS序列，导致微管不稳定，在早期阿尔茨海默症中这些位点磷酸化程度很高，伴随着Tau蛋白累积形成神经纤维缠结。
　　 MARK2过表达导致微管破坏，甚至崩塌。在原代海马神经元模型中异常表达MARK2导致Tau262磷酸化升高，神经元失去极性。相反，MARK2低表达促使神经元生长出多个轴突。LKB1(Serine/threonine kinase11)依赖的PKA(Protein Kinase A)磷酸化是早期神经元分化主要标志。此外，PKA还可以通过磷酸化Stathmin维持微管稳定。鉴于PKA与MARK2执行相似的生物学功能，提出假设PKA可能作为MARK2上游调控微管稳定以及神经元极化。
　　 在原代海马神经元模型上，我们发现过表达PKA可以逆转MARK2过表达导致的神经元极化丧失。免疫组化实验以及免疫共沉淀均证实PKA与MARK2在细胞内共定位以及直接相互作用。通过生物信息学预测PKA可能磷酸化MARK2丝氨酸409位。我们在分子水平上证实PKA确实磷酸化MARK2丝氨酸409位并抑制MARK2活性。此外，在原代海马神经元模型上证实PKA不能逆转MARK2S409A过表达导致的神经元极化丧失。进一步的微管功能调控研究验证了我们关于“PKA是负责MARK2丝氨酸409位磷酸化的上游激酶”的科学假设。
　　 本论文通过大量的文献调研，并结合现代生物信息学资源，提出了科学假设：蛋白激酶A可能是通过磷酸化微管亲和蛋白激酶2的丝氨酸409位抑制其活性，进而调控微管以及神经元的功能。我们的研究为PKA/MARK2新信号通路在为轴突分化缺陷和神经纤维缠结为特征的早期阿尔茨海默症的治疗提供新的思路。