p18在APP运输和加工过程中的功能研究

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β淀粉样前体蛋白(β-amyloid precursor protein,APP),即β淀粉样多肽(amyloidβ-peptide,Aβ)的前体,是阿尔茨海默症(Alzheimers disease,AD)发生的重要因素。APP的胞内运输和加工受到精确的调控,内体-溶酶体系统是产生Aβ的主要区域。APP可以通过内吞途径从细胞膜到达早期内体,或者从高尔基体直接到达早期内体,许多调控蛋白被报道参与介导这些过程。但是,APP从早期内体到晚期内体和溶酶体(late endosome and lysosome,LEL)的分选机制还不清楚。  本文鉴定了一个与APP胞内结构域(APP intracellular domain,AICD)相互作用的蛋白,p18。p18全长只有161个氨基酸,分子量为18 kDa,是一个LEL驻留蛋白,其主要功能是参与调控内体动态和微丝骨架。本文通过酵母双杂交和免疫共沉淀实验确定p18通过其C端结构域结合AICD。APP靠近C末端的KFFEQ基序是p18识别的信号序列。p18和APP在N2a细胞的核周区域,以及海马神经元的胞体和突起中都有很好的共定位,且主要共定位于LEL区域。荧光共振能量转移实验显示p18和APP之间的相互作用是直接的相互作用。APP的KFFEQ基序突变后二者的相互作用消失,并且二者共定位的比例也降低。p18缺失增加了APP的α型加工产物CTFα和sAPPα的量,抑制了Aβ1-40和Aβ1-42的产生,但是并不影响APP的成熟过程、β型加工产物CTFβ和sAPPβ以及γ型加工产物AICDγ的量。此外,p18也不影响三种APP分泌酶α、β和γ的活性。进一步结果显示,p18敲除虽然不影响APP在细胞膜上的内吞过程,但是抑制了其内吞之后从早期内体到晚期内体的运输。免疫分离和荧光蛋白淬灭实验的结果表明p18缺失增加了定位于早期内体APP的量,而减少了定位于晚期内体的APP。同时,观察到p18缺失增加了细胞表面APP的量。这些结果表明,p18缺失阻碍了APP从早期内体到LEL的运输,滞留在早期内体的APP被回收到细胞膜从而导致细胞表面APP量的增加,并且由于定位于细胞膜的APP更倾向于通过不产生Aβ的途径进行加工,因此最终抑制了Aβ的产生。  p18和APP从早期内体到晚期内体的运输是由衔接蛋白复合体3(adaptor proteincomplex3,AP-3)介导的。p18通过AP-2和网格蛋白依赖的内吞途径到达早期内体之后,AP-3识别并结合p18 N端的EERKLLL分选信号,介导其从早期内体到LEL的运输,敲低AP-3导致p18滞留在早期内体。Pull down和酵母双/三杂交结果显示p18可以结合AP-3复合体,并且是特异的结合AP-3的δ-σ3A。p18的EERKLLL分选信号突变后不能够与AP-3结合。AP-3和p18在细胞的核周区域有很好的共定位,实时动态追踪可以观察到许多荧光蛋白标记的AP-3和p18及APP一起运动,免疫共沉淀结果也显示AP-3能够结合p18-APP。敲低AP-3导致APP滞留在早期内体。并且,在AP-3敲低的基础上进一步敲低p18,没有加剧APP滞留在早期内体的表型,说明p18介导的APP运输完全依赖于AP-3。最后,敲低AP-3抑制了Aβ1-40和Aβ1-42的产生,此结果和p18缺失导致Aβ产生量降低一致。这些数据表明,AP-3介导p18-APP复合体从早期内体到晚期内体的运输,从而促进Aβ的产生。  综上所述,APP到达早期内体后,p18通过C端结构域和APP的KFFEQ分选信号相互作用形成p18-APP复合体。同时,AP-3结合p18N端的EERKLLL分选信号,将含有p18-APP复合体的运输小泡从早期内体运输到LEL,在这些区域里APP主要通过产生Aβ的途径进行加工。由此推测p18是一个潜在的阿尔茨海默症的治疗靶标。
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