LRRK2调节帕金森病多巴胺神经元退化的新机制
帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是最常见的神经退行性疾病之一。最主要的病因是大脑黑质区多巴胺神经元随着年龄的退化。这种退化可能由于细胞运输通路的不正常而导致一些蛋白的异常累积。LRRK2基因的突变是目前发现最多的导致帕金森病的遗传突变。各种相关表型分析提示LRRK2在体内参与多种细胞运输通路的调节包括细胞内吞过程。但LRRK2到底通过怎样的分子机理来调节细胞内吞过程目前尚不清楚。
2021年7月27日，美国康涅狄格大学熊玉兰和余建中团队合作在Science Signaling 发表了了题为 Dysregulation of the AP2M1 phosphorylation cycle by LRRK2 impairs endocytosis and leads to dopaminergic neurodegeneration 的文章。该文章用不同的PD模型深入的阐述了LRRK2怎么通过调节一个主要的参与细胞内吞的分子AP2M1来调节细胞内吞和多巴胺神经元退化。
首先，为了找到LRRK2下游的目标调节蛋白，这两个团队利用LRRK2酵母模型进行了全基因组的遗传筛选。他们发现把Adaptor Protein 2 （AP2）的四个亚基分别敲除突变会回复 LRRK2在酵母中导致的毒性。这个现象非常有意思。我们都知道AP2是一个非常重要的复合体，能够和内吞过程中的重要网格蛋白Clathrin在细胞膜上结合然后把进入细胞内部的物质包裹起来形成囊泡，囊泡形成之后被剪切脱离细胞膜进入细胞。AP2复合体包括四个亚基，两个大的亚基和2，又叫A1/2 和B1，一个中型亚基2又叫M1，一个小亚基2又叫S1. 这四个亚基的敲除突变体回复LRRK2在酵母中导致的表型意味着LRRK2可能通过AP2来调节细胞内吞过程，从而填补LRRK2怎样调节这个过程的机理研究空白。
在此基础上，这两个团队进一步解析LRRK2和AP2的四个亚基调控关系。他们发现只有M1这个亚基是在体内和体外直接结合LRRK2。AP2M1的磷酸化循环是在内吞过程中被严格调控的，而LRRK2又是一个磷酸激酶。利用LRRK2基因敲除（Knockout）和突变体敲入（LRRK2-GS Knockin）神经细胞和老鼠组织，发现 LRRK2确实在体内和体外都能磷酸化AP2M1。此磷酸化位点位于T156，具有组织特异性。进一步研究发现这个位点的被LRRK2磷酸化后促进了AP2M1和细胞膜的结合从而促进囊泡的形成和运输。敲除LRRK2或失去磷酸化功能会阻止这个过程从而阻止细胞内吞。有意思的是，给予过多的LRRK2或磷酸化功能也会阻止细胞内吞。那么LRRK2如何达到磷酸化平衡调节？他们发现过多的LRRK2或磷酸化功能会阻止AP2M1的后期去磷酸化和从囊泡的脱离，这个过程是AP2M1进入下一个囊泡形成和运输的必要条件。所以过少或过多的LRRK2磷酸化都会阻止细胞内吞。LRRK2的量要保持在一个平衡状态下 （图1）。
图1. LRRK2调节AP2M1磷酸化循环和细胞内吞模式图
那么LRRK2对AP2M1的磷酸化循环的调节到底对多巴胺神经元退化有没有作用呢？为了回答这个问题，团队利用LRRK2果蝇模型发现过表达AP2M1会促进多巴胺神经元退化， 从而在体内证明了LRRK2调节内吞过程对帕金森病的作用。这个工作提供了一个详细的LRRK2导致帕金森病的分子机理。
该工作的通讯作者是美国康涅狄格大学医学院神经科学系熊玉兰教授和康涅狄格大学本部生理与神经生物学系余建中教授。第一作者是在读博士生刘琴芳。
熊玉兰博士的课题组主要从事神经退行性疾病的分子机理的研究，目前课题组正在招聘 2-3名博士后，
余建中博士的课题组除了研究神经退行性疾病的分子机理，主要从事肿瘤形成的分子机理。目前课题组也在招聘2-3名博士后，
