LRRK2調節帕金森病多巴胺神經元退化的新機制

　　帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是最常見的神經退行性疾病之一。最主要的病因是大腦黑質區多巴胺神經元隨著年齡的退化。這種退化可能由于細胞運輸通路的不正常而導致一些蛋白的異常累積。LRRK2基因的突變是目前發現最多的導致帕金森病的遺傳突變。各種相關表型分析提示LRRK2在體內參與多種細胞運輸通路的調節包括細胞內吞過程。但LRRK2到底通過怎樣的分子機理來調節細胞內吞過程目前尚不清楚。

　　2021年7月27日，美國康涅狄格大學熊玉蘭和余建中團隊合作在Science Signaling 發表了了題為 Dysregulation of the AP2M1 phosphorylation cycle by LRRK2 impairs endocytosis and leads to dopaminergic neurodegeneration 的文章。該文章用不同的PD模型深入的闡述了LRRK2怎么通過調節一個主要的參與細胞內吞的分子AP2M1來調節細胞內吞和多巴胺神經元退化。

　　首先，為了找到LRRK2下游的目標調節蛋白，這兩個團隊利用LRRK2酵母模型進行了全基因組的遺傳篩選。他們發現把Adaptor Protein 2 （AP2）的四個亞基分別敲除突變會回復 LRRK2在酵母中導致的毒性。這個現象非常有意思。我們都知道AP2是一個非常重要的復合體，能夠和內吞過程中的重要網格蛋白Clathrin在細胞膜上結合然后把進入細胞內部的物質包裹起來形成囊泡，囊泡形成之后被剪切脫離細胞膜進入細胞。AP2復合體包括四個亞基，兩個大的亞基和2，又叫A1/2 和B1，一個中型亞基2又叫M1，一個小亞基2又叫S1. 這四個亞基的敲除突變體回復LRRK2在酵母中導致的表型意味著LRRK2可能通過AP2來調節細胞內吞過程，從而填補LRRK2怎樣調節這個過程的機理研究空白。

　　在此基礎上，這兩個團隊進一步解析LRRK2和AP2的四個亞基調控關系。他們發現只有M1這個亞基是在體內和體外直接結合LRRK2。AP2M1的磷酸化循環是在內吞過程中被嚴格調控的，而LRRK2又是一個磷酸激酶。利用LRRK2基因敲除（Knockout）和突變體敲入（LRRK2-GS Knockin）神經細胞和老鼠組織，發現 LRRK2確實在體內和體外都能磷酸化AP2M1。此磷酸化位點位于T156，具有組織特異性。進一步研究發現這個位點的被LRRK2磷酸化后促進了AP2M1和細胞膜的結合從而促進囊泡的形成和運輸。敲除LRRK2或失去磷酸化功能會阻止這個過程從而阻止細胞內吞。有意思的是，給予過多的LRRK2或磷酸化功能也會阻止細胞內吞。那么LRRK2如何達到磷酸化平衡調節？他們發現過多的LRRK2或磷酸化功能會阻止AP2M1的后期去磷酸化和從囊泡的脫離，這個過程是AP2M1進入下一個囊泡形成和運輸的必要條件。所以過少或過多的LRRK2磷酸化都會阻止細胞內吞。LRRK2的量要保持在一個平衡狀態下 （圖1）。

　　圖1. LRRK2調節AP2M1磷酸化循環和細胞內吞模式圖

　　那么LRRK2對AP2M1的磷酸化循環的調節到底對多巴胺神經元退化有沒有作用呢？為了回答這個問題，團隊利用LRRK2果蠅模型發現過表達AP2M1會促進多巴胺神經元退化， 從而在體內證明了LRRK2調節內吞過程對帕金森病的作用。這個工作提供了一個詳細的LRRK2導致帕金森病的分子機理。

　　該工作的通訊作者是美國康涅狄格大學醫學院神經科學系熊玉蘭教授和康涅狄格大學本部生理與神經生物學系余建中教授。第一作者是在讀博士生劉琴芳。

　　熊玉蘭博士的課題組主要從事神經退行性疾病的分子機理的研究，目前課題組正在招聘 2-3名博士后，

　　余建中博士的課題組除了研究神經退行性疾病的分子機理，主要從事腫瘤形成的分子機理。目前課題組也在招聘2-3名博士后，