DJ-1蛋白维持内质网-线粒体联络区的重要功能

来源：BioArt

责编 | 酶美

DJ-1的失功能性突变可导致家族性早发性帕金森病，散发性PD中也存在不同程度的DJ-1蛋白功能异常。细胞内DJ-1主要分布于细胞浆、细胞核和线粒体，DJ-1根据其在不同的亚细胞部位而发挥不同的作用，细胞浆中的DJ-1主要作为氧化反应感受器发挥抗氧化应激作用。细胞核中的DJ-1作为转录调控因子调节一些基因的表达。部分DJ-1分布于线粒体，调节线粒体功能。 

细胞内部分内质网（ER）膜和线粒体外膜之间存在紧密连接而形成一种特化的、类突触样结构——内质网-线粒体联络区（Mitochondria-AssociatedER Membrane, MAM），具有调节细胞内钙信号、脂质合成、自噬发生、线粒体分裂/融合等一系列功能。内质网与线粒体之间形成MAM结构的分子基础是4对跨细胞器膜蛋白质分子栓复合体（MAM tetheringcomplex），即IP3R3-Grp75-VDAC1复合体、VAPB-PTPIP51复合体、Bap31-Fis1复合体和MFN2-MFN1/2异二复合体。   

研究表明神经退行性疾病(AD, PD, ALS等)中存在不同形式的MAM结构和功能异常。在PD中，目前已鉴定出a-Synuclein、Parkin等PD相关蛋白在MAM中有分布。细胞内堆积的a-Syn或突变型a-Syn可与VAPB-PTPIP51复合体结合并破坏该复合体的稳定性，导致MAM破坏及内质网-线粒体间钙传递受阻。

鉴于DJ-1功能障碍在遗传性PD和散发性PD中均具有重要作用，且MAM涉及一系列关键细胞功能，上海交通大学瑞金医院和美国Case Western Reserve大学科学家祝雄伟、陈生弟、刘军展开了一系列研究以探究DJ-1在MAM中的功能和作用机制。他们的联合研究成果于11月25日发表在PNAS上，题为：DJ-1 regulates the integrity and function of ER-mitochondria association through interaction with IP3R3-Grp75-VDAC1。 

首先作者在人源性神经母细胞瘤M17细胞及小鼠和人脑组织样品中验证了DJ-1是一个MAM蛋白，且缺乏DJ-1导致MAM形成障碍；电镜形态学研究结果提示DJ-1缺陷细胞中MAM面积减少。此外，DJ-1缺陷细胞中内质网线粒体间钙信号传递严重紊乱，表现为内质网钙离子释放障碍、内质网钙超载、线粒体钙摄取障碍等。进一步实验中，作者探索了DJ-1缺陷导致上述一系列MAM结构和功能紊乱的内在分子机制。IP3R3-Grp75-VDAC1复合体是MAM内的钙转运的直接通道，钙离子通过此复合体由内质网流入到线粒体。MAM内DJ-1通过与IP3R3-Grp75-VDAC1复合体的直接相互作用而成为内质网-线粒体钙转运复合体的天然组分。DJ-1缺陷导致IP3R3-Grp75-VDAC1钙转运复合体稳定性降低并解聚从而引起线粒体钙摄取障碍和功能紊乱。此外DJ-1可能通过与IP3R3的直接相互作用维持IP3R的正常构象，实验结果发现DJ-1缺陷导致IP3R3无法正常降解而在MAM内大量聚集，而这些堆积聚集的IP3R3是不能发挥钙离子通道作用的，从而造成DJ-1缺陷细胞中存在明显的内质网钙释放障碍。在DJ-1敲除小鼠中也印证了上述主要发现。作者最后发现在散发性PD患者黑质致密部中存在DJ-1蛋白含量下降，且伴有IP3R蛋白堆积，同时PD病人脑组织中IP3R3与DJ-1以及IP3R3与VDAC1的蛋白质相互作用也是降低的。

综上，研究发现在内质网线粒体联络区（MAM）内，DJ-1参与维持内质网与线粒体的结构性联络；DJ-1通过与IP3R3-Grp75-VDAC1线栓复合体的直接相互作用而成为内质网-线粒体钙通道复合体的有机组分，从而保障内质网-线粒体间的正常钙信号流动以维持正常的内质网内钙稳态和线粒体内钙稳态。 

内质网-线粒体联络区是细胞器之间的重要信号传递区域。本项研究结果表明：通过与MAM内IP3R3-Grp75-VDAC1线栓复合体的直接相互作用，PD相关蛋白DJ-1在内质网-线粒体联络区直接参与维持和调节MAM结构和功能的完整性。这一研究成果从亚细胞器水平尤其是细胞器联络区水平揭示了DJ-1的全新生理和病理作用及其作用机制，从亚细胞器水平——内质网-线粒体联络这个新视点探讨了PD发生发展的潜在机制，其中的关键分子机制或节点有望成为干预神经细胞退行性变的新治疗靶点。 

原文链接：

https://www.pnas.org/content/pnas/early/2019/11/22/1906565116.full.pdf