2024年11月，陈生弟教授在《Aging Cell》【IF8，Q1】杂志发表题名为“The ultrastructural and proteomic analysis of mitochondria associated endoplasmic reticulum membrane in the midbrain of a Parkinson's disease mouse model.”——帕金森病小鼠模型中脑内质网-线粒体联络区的结构与蛋白组学分析的研究论文。
瑞金医院神经内科陈生弟教授、谭玉燕副主任医师为论文的共同通讯作者；瑞金医院神经内科刘瑾博士研究生、浙江大学医学院附属第二医院刘艺医师为论文的共同第一作者。
doi:10.1111/acel.14436.
PD作为常见的运动障碍性疾病，其发病受到年龄、环境因素以及遗传背景等多种危险因素的影响。截止目前，PD的发病机制尚不完全明晰，在临床上对于疾病的预防和治疗还有诸多挑战。既往研究提示线粒体功能障碍是PD发生发展的核心机制之一，而内质网-线粒体联络区（MAM）对维持线粒体的稳态发挥了重要作用。作为细胞内广泛存在的细胞器膜间联络区，MAM在维持两个细胞器间的分子交换、信号转导及结构与功能等方面发挥至关重要的作用。近年来研究表明，PD中许多关键的机制通路变化可能与MAM的结构和功能异常密切相关。PD中重要的蛋白分子包括α-突触核蛋白、PINK1、Parkin、DJ-1等，均可定位在MAM上并参与维持MAM结构与功能的稳态。但目前的关于MAM的基础实验多聚焦于PD细胞模型中，并通过调控与疾病相关的高危基因及其突变型来探究MAM的变化。这些模型并不能完全模拟临床上大多数散发性PD病例的复杂病理变化。散发性PD病例在体内受到多细胞、多组织、多系统的相互作用影响，这些相互作用对多巴胺能神经元产生的影响远比体外模型所展示的要复杂。由于MAM的动态性、样本提取的时间性等因素，获取PD患者来源的MAM样本进行研究十分困难。所以，聚焦PD体内模型中MAM结构与功能的改变及其可能的机制探究，对于充分理解MAM在PD病理过程中发挥的作用具有十分重要的意义。
经过统计分析结果提示，MPTP造模组较之对照组在黑质神经元内存在明显的MAM平均间距增加（p<0.0001）、MAM平均长度缩短（p<0.001）、线粒体上拥有的平均MAM个数降低（p<0.001），以及线粒体上平均的MAM总长度覆盖率下降（p<0.01）。 进一步对分离出的对照组和 MPTP 造模组小鼠中脑的MAM组分，进行蛋白组学分析，共发现158种差异蛋白，其中通过检测Uniprot数据库的信息，这158种差异蛋白的细胞内定位主要为膜成分、细胞浆、细胞投射突起等。
在对MAM组分进行GSEA分析后，富集的通路主要概括为细胞器的构成与运动、代谢过程、信号转导及分子运输。其中，代谢通路内的大部分生物学功能包括脂质代谢、核酸代谢、ATP能量生成、蛋白质代谢、糖原酵解与糖异生等，在 PD 模型小鼠中存在下调趋势。 通过对MAM固有蛋白的生物学分析，富集到诸多神经退行性疾病通路包括阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病、朊病毒病、肌萎缩性侧索硬化症等，再次提示MAM内固有蛋白与神经退行性疾病间的紧密关系。
Abstract
Recent studies indicated that the dysregulation of mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane (MAM) could be a significant hub in the pathogenesis of Parkinson's disease (PD). However, little has been known about how MAM altered in PD. This study was aimed to observe morphological changes and analyze proteomic profiles of MAM in 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP)-induced PD mouse models. In MPTP-treated mice, transmission electron microscopy was applied for MAM ultrastructural visualization. Nano ultra-high performance liquid chromatographytandem mass spectrum and bioinformatic analysis were adopted to obtain underlying molecular data of MAM fractions. The loosened, shortened and reduced MAM tethering was found in substantia nigral neurons from MPTP-treated mice. In midbrain MAM proteomics, 158 differentially expressed proteins (DEPs) were identified between two groups. Specific DEPs were validated by western blot and exhibited significantly statistical changes, aligning with proteomic results. Bioinformatic analysis indicated that membrane, cytoplasm and cell projection were three major localizations for DEPs. Biological processes including metabolism, lipid transport, and immunological and apoptotic signaling pathways were greatly affected. For consensus MAM proteins, the enriched pathway analysis revealed the potential relationship between neurodegenerative diseases and MAM. Several biological processes such as peroxisome function and clathrin-mediated endocytosis, were clustered, which provided additional insights into the fundamental molecular pathways associated with MAM. In our study, we demonstrated disrupted ER-mitochondria contacts in an MPTP-induced PD mouse model. The underlying signatures of MAM were revealed by proteomics and bioinformatic analysis, providing valuable insights into its potential role in PD pathogenesis.
中文摘要
内质网-线粒体联络区（mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane，MAM）的失调很可能是帕金森病（Parkinson’s disease, PD）病理发生发展过程中的关键节点。目前关于PD中MAM的病理变化及机制的研究有限。该研究旨在探究1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶（MPTP）诱导的PD小鼠中，MAM的结构变化及其蛋白质组学功能如何受到影响。应用电镜方法观察MAM的微观结构，应用纳米超高效液相色谱-串联质谱和生物信息学分析探究MAM组分的分子信息。在PD小鼠模型的中脑黑质，MAM的连接结构呈现出疏松和短小的特征。通过质谱分析MAM的蛋白组分，共发现有158个差异蛋白，对部分关键差异蛋白通过蛋白质印迹（WB）的验证，得到同组学结果一致的变化趋势。进一步的生物信息学分析发现膜结构、胞浆和细胞投射突起是差异蛋白在细胞内的三个主要定位。同时，包括代谢通路、脂质转运、免疫和凋亡信号通路在内的生物学过程也受到了很大影响。对于MAM固有蛋白，通路富集分析的结果再次提示了神经退行性疾病与MAM之间的潜在关系。过氧化物酶体功能和网格蛋白介导的内吞作用等生物学通路在分析中被富集，这些发现为MAM在细胞中的基础功能提供了更多的细节。该研究中，MPTP诱导的PD小鼠模型中存在破坏的MAM结构，蛋白质组学和生物信息学分析揭示了疾病状态下MAM的潜在特征，为其在PD发病机制中的相关作用研究提供了一定基础。
作者
介绍
Author Introduction
陈生弟 终身教授，主任医师，博士生导师，上海交通大学医学院附属瑞金医院神经内科；研究方向：帕金森病和阿尔茨海默病的临床与基础研究。
谭玉燕 副主任医师，硕士生导师，上海交通大学医学院附属瑞金医院神经内科；研究方向：帕金森病的临床与基础研究。
刘瑾 博士研究生，上海交通大学医学院附属瑞金医院神经内科；研究方向：帕金森病的临床与基础研究。
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The ultrastructural and proteomic analysis of mitochondria associated endoplasmic reticulum membrane in the midbrain of a Parkinson's disease mouse model.pdf
