帕金森病

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帕金森病/2011年/文章
特殊的问题

帕金森病的动物模型

把这个特殊的问题

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体积 2011年 |文章的ID 520640年 | https://doi.org/10.4061/2011/520640

Veronica Munoz-Soriano Nuria Paricio, 果蝇的帕金森病模型:发现相关途径和新的治疗策略”,帕金森病, 卷。2011年, 文章的ID520640年, 14 页面, 2011年 https://doi.org/10.4061/2011/520640

果蝇的帕金森病模型:发现相关途径和新的治疗策略

学术编辑器:(Katerina Venderova
收到了 2010年10月15日
接受 2011年1月07
发表 2011年3月3日

文摘

帕金森病(PD)是第二个最常见的神经退行性疾病,主要表现为多巴胺能神经元的选择性和进步的损失,伴随着运动的缺陷。尽管大多数PD病例是零星的,多个基因与罕见的家庭形式的疾病相关联。分析它们的功能提供了重要的见解疾病过程,证明了三种类型的细胞缺陷主要是参与PD的形成和/或进展:异常蛋白质聚合、氧化损伤,线粒体功能障碍。这些研究主要表现在PD模型中创建的老鼠、果蝇、蠕虫。其中,果蝇已成为一个非常有价值的生物模型研究toxin-induced或遗传PD。事实上,许多现有的飞PD模型表现出疾病的关键特性和被仪器发现通道与PD发病机制相关,这可能促进治疗策略的发展。

1。介绍

帕金森病(PD)是第二个最常见的神经退行性疾病影响超过1%的人口年龄超过60岁。临床上,它的特点是运动缺陷如肌肉僵硬,动作迟缓,姿势不稳定和震颤。出这些汽车缺陷的主要神经病理学是进步和多巴胺(DA)神经元的选择性损失在黑质致密部,导致缺乏大脑多巴胺的含量。这种疾病的另一个病理特点是细胞质内含物的存在在幸存的DA神经元称为路易小体(磅),这主要是由α-核蛋白和泛素蛋白(1,2]。然而,它已被证明,这种结构在某些不存在遗传形式的PD。

尽管大多数PD病例可能是零星的,组合的风险等因素引起的衰老过程,遗传倾向,和环境暴露,一些环境诱因迄今未被确认。弱关系PD和暴露于环境毒素或除草剂和杀虫剂已报告(2),和几个toxin-induced PD模型已经开发(3]。然而,流行病学研究也证明了遗传因素的贡献在PD的发病机制。事实上,在过去的十年里,几个位点的突变是诱发疾病的罕见的家庭形式已确定,占5% -10%的帕金森病病例。这些基因包括α-核蛋白,帕金,泛素c端hydrolase-1 (UCHL-1),DJ-1全身的,磷酸酶和tensin同族体(PTEN)激酶1 (PINK1),富亮氨酸重复激酶2 (LRRK2),尾身茂/ HtrA2,ATP13A2,葡糖脑苷脂酶(GBA)[4- - - - - -14]。然而,值得注意的是,他们中的一些人的相关性PD(目前正在辩论15]。尽管如此,PD-linked基因的功能研究提供了重要的见解PD发病机理,证明了三种类型的细胞缺陷主要是参与疾病的形成和/或进展:异常蛋白质聚合、氧化损伤,线粒体功能障碍(16]。由于人类基因分析的局限性,大多数这些研究在生物模型,包括小鼠、果蝇、蠕虫以及在细胞培养。实际上,目前许多细胞和动物模型的PD遗传或toxin-based。细胞模型可以很容易地用于分子、生化、药理方法,但是他们会导致误解和文物。相比之下,动物模型的上下文中允许研究细胞过程整个有机体,因此更可靠。尽管如此,这也是显著的,没有一个现有的PD动物模型概括所有PD症状,包括那些开发的老鼠(17]。

在这种情况下,果蝇果蝇已成为一个有价值的模型为研究人类神经退行性疾病的机制,包括帕金森病。虽然果蝇似乎完全与人类无关,基本细胞过程以及许多基因和信号通路是守恒的生物。此外,大部分的基因与家族性疾病的形式至少有一个飞同族体(18]。此外,苍蝇能够执行复杂的运动行为,比如走路,爬,飞行和他们的大脑是复杂足以使这些行为与人类有关。不切实际的可用性非常有效的遗传工具在哺乳动物中,他们的快速生长和繁殖,它便宜和易于维护实验室的特性,使果蝇小说理想的模型系统来解决生物问题包括那些与人类健康相关(19- - - - - -21]。事实上,基因家族的研究PD以及果蝇toxin-based PD模型的发展作出了重大贡献,我们对该疾病的了解(15,22,23]。在这里,我们试图提供一个全面审查现有果蝇PD模型,它揭示了有价值的洞察潜在的致病机制和目标被用来修饰符的PD病理基因或药物干预。

2。在果蝇Toxin-Induced PD模型

如上所示,家族性帕金森病病例极为罕见,这表明环境因素或基因-环境交互发挥主导作用,零星的帕金森病的发展。出于这个原因,一些研究已经进行模型PD-associated神经元损失神经毒素中毒的动物,最受欢迎的帕金森神经毒素被6-hydroxydopamine (6-OHDA) 1-methyl-4-phenyl-1, 2, 3, 6-tetrahydropyridine注射(MPTP药物)、鱼藤酮、百草枯(3,24]。一般来说,toxin-induced PD模型没有概括进步的过程神经元和磅的蛋白质聚合损失,由于急性神经毒素治疗的性质(15),但他们一直有用的支持这一概念,改变线粒体生物学PD(的发展至关重要25]。事实上,线粒体是上述毒素的行动的核心,它优先伤害DA神经元。在果蝇中,多项研究表明,药物治疗可用于零星的PD模型。首先,慢性暴露于农药鱼藤酮、线粒体复杂我抑制剂,重现零星的PD在果蝇的关键方面,因为它导致神经退行性和行为缺陷(26]。的确,rotenote-treated苍蝇显示负趋地性测试电动机赤字量化存在剂量依赖的相关性,这是通常用于在果蝇执行运动能力分析,以及选择性的DA神经元在大脑所有的集群。在不同的研究中,百草枯暴露导致果蝇寿命减少以及运动障碍如静止震颤、动作迟缓,旋转行为,和姿势不稳定,这镜子PD症状。整体量化了这些复杂的运动表现型负趋地性测试。作者也表明这样的表型是由于选择性DA神经元集群的损失(27]。因此,这两项研究强劲建模环境toxin-induced PD在果蝇和提供有用的工具来研究DA神经退化的机制。注射的果蝇模型MPTP药物——或者6-OHDA-induced震颤麻痹到目前为止尚未建立。

3所示。家族性PD的果蝇模型

几个基因的发现影响家庭形式的PD PD模型提供了一个新的工具。事实上,许多PD动物模型生成基于基因突变与疾病包括果蝇(15,17,19- - - - - -21,23,28]。虽然果蝇PD模型不能完全概括人类PD患者的表型和病理特征,DA神经元和运动缺陷在他们中的大多数被观察到。此外,他们提供了识别的优势进化守恒的通路和细胞过程与PD发病机制有关。

不同的方法已经被用来生成PD模型在果蝇。在某些情况下,没有特定的果蝇直接同源PD-linked基因确实存在。然后,生成的模型是misexpression人类基因在野生型或突变的形式,通常通过使用GAL4 / UAS系统[29日]。广泛应用于果蝇遗传学研究,这个系统允许时间,组织misexpression任何感兴趣的基因的苍蝇。另外,当一个人类的直接同源基因在果蝇基因组中存在功能丧失(LOF) /可拆卸的等位基因的基因可以由不同的基因技术,包括RNAi。此外,misexpression相应的基因也可以进行。一般来说,misexpression人类或果蝇透析相关基因进行PD形式时对他们有一个显性遗传有关。在这种情况下,果蝇PD模型建立了使用GAL4驱动程序特定的神经系统或其他组织的,像眼睛和翅膀,一个可能的表型可以轻易的识别出而不影响飞行的生存。LOF /可拆卸的等位基因的表型特征,当PD形式关联到相应的基因隐性遗传。通过使用这些策略,几个果蝇PD模型基于不同PD-linked基因已经生成。表型的例子中获得这些模型如图1

3.1。α-核蛋白

它编码一个蛋白质的生理功能还有待阐明。然而,突变α-核蛋白基因,如氨基酸替换(A30P、E46K A53T),重复,三倍的使役动词居多的遗传形式的PD (4,30.- - - - - -32]。有趣的是,α-核蛋白是一磅的主要结构组成的33]。第一个飞PD模型生成的超表达转基因产品编码或野生型突变体形式的人类α-核蛋白在所有果蝇神经元自果蝇基因组不包含一个明确的α-核蛋白同族体(34]。这导致了年龄相关性和选择性(完成或接近完成)损失DA神经元的大脑和背内侧集群(DMC)纤维的形成α-核蛋白夹杂物以及进步的攀爬能力丧失,因此复制PD特性的关键。尽管一些差异对DA神经元损失α-核蛋白超表达是在后来的研究报告(35,36),相关的不同敏感性DA神经元方法检测最近的分析证实,表型(37- - - - - -39]。DA神经元最初发现在石蜡包埋的大脑部分染色与特定的标记(anti-Tyrosine羟化酶(TH)抗体)(数据1(一)和1(b)),但后续分析包埋的大脑通过共焦显微镜(数据准备工作1(c)和1(d))。已经提出,在石蜡包埋部分只能检测到,健康的DA神经元仍然观察到一些荧光退化DA神经元。在任何情况下,这只苍蝇模型方面解读的神经病理学影响α-核蛋白蛋白质以及聚合形成的监管。它已经表明,抑制内质网(ER)高尔基贩运和氧化应激诱导的主要组件α-Synuclein-dependent毒性(37- - - - - -40]。此外,定量蛋白质组分析表现在野生型,A30P或A53Tα-核蛋白overexpressing苍蝇在不同疾病阶段表明,管制与膜相关蛋白主要是,内质网,肌动蛋白细胞骨架,线粒体、核糖体,细胞的新陈代谢,和信号(41- - - - - -44]。关于α-核蛋白聚合,截短形式的过度α-核蛋白在苍蝇发现中央蛋白质的疏水区域至关重要的聚合以及序列c端120残留,更温和的作用在影响聚合和毒性(45]。此外,一些似乎调节聚合和毒性的转译后的修改α-核蛋白。而这种蛋白质的磷酸化丝氨酸129 PD和影响突出α-核蛋白DA毒性(46),在酪氨酸磷酸化125抑制毒性低聚物的形成,减少老化47,48]。这些数据表明,α在PD -核蛋白神经毒性及相关synucleinopathies可能源于一个蛋白质不同C-phosphorylation事件之间的不平衡,无论类修改的正常功能的影响α-核蛋白(48,49]。

3.2。帕金

突变帕金与常染色体隐性基因最初是在家庭青少年震颤麻痹(ARJP) [5]。它是第二个最常见的影响PD与蛋白酶体降解相关基因编码一个泛素连接酶(55- - - - - -57]。因为这个基因在果蝇是守恒的,几组生成帕金零突变体在苍蝇。为了了解其生物作用虽然这些突变体是可行的,果蝇的损失帕金函数导致线粒体缺陷,间接的飞行肌肉退化,过敏症氧化和环境压力,男性不育,减少寿命,部分杀伤力,和严重缺陷在飞行和攀爬能力(52,58,59]。看来,氧化应激,也许是由于线粒体功能障碍,是这些表型的主要决定因素52,60,61年]。此外,帕金似乎是必不可少的形态、功能、和完整性的几个DA神经元集群的果蝇大脑(59,62年]。因此,飞帕金突变体概括ARJP的一些关键特性,表明DA在变异果蝇神经退化的机制可能与潜在ARJP DA神经元损失。这是建议的损失帕金函数可能会导致一个或多个积累的大量基质大脑从而导致ER压力,进而可能导致DA神经元死亡(28]。关于这个问题,有两个在果蝇的研究表明,异常积累帕金基质Parkin-deficient DA神经元的神经退化的原因之一。首先,过度的人类Parkin-associated endothelin-like受体(PAEL-R),帕金基质蛋白(63年),在DMC(苍蝇诱发DA神经元的损失64年]。但是,没有果蝇直接同源帕金衬底被描述。我们还表明,目标表达Septin 4,人类的果蝇直接同源帕金衬底CDCrel-1 [57DA神经元中),也会导致年龄相关性的DA完整性破坏DMC (65年]。因为这个神经毒性是依赖帕金功能和蛋白质都能在体外相互作用,我们的研究结果表明,Septin4可能是一个真正的衬底帕金在果蝇65年]。这是第一个研究表明积累帕金衬底的苍蝇可以解释DA在果蝇神经退化帕金突变体(65年]。

更有趣的是,过度的变异而不是野生型人帕金在苍蝇也导致进步的DA神经元的变性从几个集群伴随着进步运动障碍。这些数据暗示可能主导机制造成的病理表型变异帕金在果蝇中,可以直接施加体内神经毒性(66年,67年]。

3.3。PINK1

突变PINK1也与隐性帕金森症有关。这个基因编码一个假定的丝氨酸/苏氨酸激酶线粒体靶向序列(8]。最近的一项研究表明,细胞溶质的激酶结构域的脸,它的生理基质可能居住(68年]。果蝇PINK1基因编码一种蛋白质包含与人类相对应的相同的域,而飞PINK1PD模型是由transposon-mediated诱变和RNAi [69年- - - - - -72年]。有趣的是,粉红色的变异果蝇共享标记与表型相似之处帕金突变体。他们还表现出雄性不育、肌肉变性、超敏反应氧化应激、线粒体缺陷,减少寿命,和DA神经元变性伴有运动缺陷。事实上,基因分析表明PINK1帕金在功能上是相关的。他们发现,帕金超表达获救PINK1突变体的表型,而PINK1超表达没有影响帕金LOF表型(69年,70年]。这些观察建议,PINK1帕金函数在同一个通路,帕金代理的下游PINK1,似乎,果蝇和哺乳动物之间的通路是守恒的73年]。几项研究已经证明,这两个飞基因调节线粒体生理的不同方面,从而解释了线粒体形态缺陷在果蝇PINK1帕金突变体。他们通过基因相互作用,阐明了一个角色PINK1 /帕金通路的调节线粒体改造过程的方向促进线粒体分裂和/或抑制融合在果蝇肌肉和神经组织74年- - - - - -77年]。然而,这些结果也表明这两个基因不是核心组件的线粒体动力学机械LOF以来这一过程的关键调节因素导致致命性,如上所示,PINK1帕金突变体是可行的。因此,它已被提出,他们可能也调节线粒体功能的额外的方面影响线粒体形态(76年]。有趣的是,这些结果与人类细胞的研究表明,PINK1 /帕金途径促进线粒体融合在哺乳动物78年]。一个解释这种差异可能是种专一性差异的存在,虽然最终的结论是,在两个系统有一个破坏线粒体融合与分裂之间的平衡(77年]。此外,它已被证明,PINK1直接磷酸化帕金控制线粒体的易位(78年]。最近的研究表明,帕金,加上PINK1,调节线粒体贩卖,尤其是细胞核周围的地区,亚细胞区域与自噬相关(79年],PINK1积累对线粒体是必要且充分的帕金招聘这样的细胞器。这些发现提供了一个生化解释之间的遗传上位PINK1帕金在果蝇和支持一个模型PINK1信号线粒体功能障碍帕金,帕金和促进他们的消除79年,80年]。

遗传相互作用实验果蝇还揭示了假定的额外组件PINK1 /帕金通路Rhomboid-7和Omi / HtrA2 [81年,82年]。似乎Rhomboid-7,线粒体蛋白酶,可以作为一个通路的上游组件可能裂开线粒体PINK1使其活动的目标主题不仅在线粒体在细胞溶质(81年]。除此之外,尾身茂/ HtrA2被视为可能的监管机构PINK1 /帕金通路,代理下游吗PINK1在果蝇82年]。相比之下,另一项研究表明,尾身茂/ HtrA2不发挥任何作用PINK1 /帕金途径[83年]。虽然尾身茂/ HtrA2序列变化与风险增加有关PD (11,84年),其参与的疾病仍然是有争议的12]。在果蝇表明,额外的工作粉红色的缺乏也会影响神经元突触功能,作为储备池的突触囊泡不是动员在快速刺激(85年]。

3.4。DJ-1

突变DJ-1基因与罕见的家族隐性形式的PD (7]。DJ-1一种高度保守的蛋白质编码属于ThiJ / PfPI总科的分子伴侣’(86年]。尽管最初确定为一个致癌因素(87年),DJ-1是一个无处不在的redox-responsive cytoprotective蛋白质与多样化的功能,特别是其氧化形式,已被公认为生物标志物对癌症和神经退行性疾病88年]。几个半胱氨酸残基DJ-1蛋白质可以与接触氧化氧化应激剂、半胱氨酸106极度需要DJ-1抵御氧化损伤体内和体外(89年,90年]。它已经表明,DJ-1调节氧化还原信号激酶通路和作为抗氧化基因的转录监管机构电池(91年),还充当redox-sensitive rna结合蛋白(92年]。与哺乳动物相比,两个DJ-1在果蝇直接同源确实存在,DJ-1αDJ-1β。而DJ-1α表达仅限于男性生殖系,DJ-1β是无所不在地表达为人类相对应的93年,94年]。为了探索的贡献DJ-1在PD发病机理,我们和其他人不同的果蝇PD模型生成的这些基因突变(50,53,93年- - - - - -95年]。这些研究表明,果蝇突变体DJ-1α,DJ-1β,或两者都是可行的,但是表现出增强对毒素的敏感性,从而诱导氧化应激如H2O2百草枯或鱼藤酮,支持DJ-1产生对抗氧化应激损害的保护作用[50,53,93年- - - - - -95年]。与此一致的是,我们检查了DJ-1β变异果蝇氧化损伤程度的发现DJ-1β损失函数导致细胞活性氧的积累(ROS)在成人大脑,脂质过氧化水平升高,增加过氧化氢酶酶活性(54]。也证明了衰老过程和促进DJ-1氧化过度氧化的挑战β在104年半胱氨酸(类似于人类DJ-1半胱氨酸106),修改不可逆转的灭活的蛋白质(90年]。与此一致的是,老苍蝇显示进一步易受氧化应激(90年]。这表明DJ-1对抗氧化应激的保护功能可以通过老化,逐渐失去了从而增加DA神经元的风险损失,因为他们容易氧化。尽管如此,研究表明,只有两个目标击倒DJ-1α通过RNAi苍蝇导致了年龄相关性损失DMC (DA神经元的50,53]。此外,果蝇突变体DJ-1αDJ-1β显示减少寿命和运动缺陷(53,95年]。虽然初步研究没有检查DJ-1线粒体病理学变异果蝇可以解释这些表型,最近的一项分析表明DJ-1失活导致线粒体功能障碍在年龄相关性的方式不仅在苍蝇也在老鼠96年]。事实上,苍蝇双突变体DJ-1αDJ-1β清单附加表型反映线粒体功能障碍如ATP水平降低和缺陷在精子发生96年]。有趣的是,所有这些缺陷与发现帕金PINK1突变体(见章节3.23.3)。与此一致的是,该研究提供了证据DJ-1在果蝇与PINK1 /帕金通路,并建议DJ-1徒的下游,或并行,PINK1适当的线粒体功能(96年]。细胞培养的研究表明,一个游泳池DJ-1本地化到线粒体(89年,97年]。因此,这些结果表明,DJ-1,帕金,PINK1可能在常见的生物过程对线粒体功能和至关重要DJ-1功能障碍可能导致PD病理通过不同的分子机制。

3.5。LRRK2

突变LRRK2很可能最常见的基因导致PD和相关疾病的主要形式(9,10]。它编码一个大型而复杂的蛋白质包含几个独立的领域,包括GTPase域和激酶结构域能够表现出GTP-dependent磷酸化活动(98年]。确切的机制LRRK2突变导致PD仍不清楚。体内基因LRRK2的大多数疾病有关的突变已被证明,以增加其激酶活性,从而其毒性,但有显著的变化在不同的突变,甚至可以减少其激酶活动或展览(聚集的倾向,99年- - - - - -101年]。为了理解的机制LRRK2全身的病理,几组用果蝇模型LRRK2与帕金森症。表达野生型或突变体果蝇体内基因LRRK2形式的人类已导致不一致的结果,特别是关于神经退化(102年- - - - - -106年]。当一组没有获得任何重大缺陷的组织进行了分析,包括肌肉和DA神经元(102年),其他的研究报道感光和/或DA神经元损失体内基因LRRK2的超表达以及运动障碍(103年- - - - - -106年]。此外,结果表明,敏化苍蝇体内基因LRRK2人类表达环境毒素如鱼藤酮(106年]。有趣的是,LRRK2-overexpression表型在飞的眼睛和DA神经元被修改以复杂的方式由一个相伴的表达PINK1,DJ-1,或帕金,表明基因之间的相互作用这些PD-relevant基因(106年]。关于这个,co-immunoprecipitation化验体内基因LRRK2表现在细胞培养中已经证明与帕金但不是α-核蛋白、DJ-1或τ在人类细胞(107年]。当去除内源性不同结果也被获得LRRK2表达在苍蝇102年,104年,108年]。几项研究表明,果蝇缺乏LRRK2函数没有DA神经元数量和模式的变化从而表明DA神经元的基因是可有可无的生存在这个有机体(104年,108年]。然而,一项研究报道,DA神经元LRRK2LOF突变体显示严重减少酪氨酸羟化酶免疫染色和萎缩的形态,暗示他们的变性,表现出严重受损的机车活动(102年]。不同的结果已经暴露这些突变体氧化应激时也获得代理。而LRRK2突变体蛋白质的编码一种截断对过氧化氢选择性的敏感,而不是百草枯,鱼藤酮和β巯基乙醇(108年),LRRK2缺乏染色体(通过转座子插入或删除),或LRRK2RNAi动物被证明是更耐氢peroxide-induced压力(104年]。有趣的是,这项研究也提供了体内基因LRRK2基因和生化证据表明果蝇激酶调节维护DA神经元通过调节蛋白质合成,因为它可以使磷酸化起始因子4 e结合蛋白(4 e-bp),负调节真核蛋白质翻译涉及中介生存应对各种生理压力(109年- - - - - -111年]。其磷酸化缓解抑制蛋白质翻译时可能会不受监管的压力。这可以解释为什么苍蝇体内基因LRRK2表达致病形式的展览对氧化应激的敏感性增强耐代理在果蝇体内基因LRRK2缺乏活动(104年]。与此一致的是,它最近被证明LRKK2与微通道调节蛋白质合成(112年]。更有趣的是,一个遗传相互作用4 e-bp (托尔),帕金/ PINK1也被发现,因为它的损失函数在吗果蝇显著减少帕金PINK1突变体生存能力而4 e-bp过度足以抑制这些突变体的表型描述(113年]。因此,这些结果支持解除管制的一般作用在PD蛋白质翻译。体内基因LRRK2除此之外,最近的一项研究表明,还磷酸化forkhead框转录因子FoxO和增强其转录活动,不仅在果蝇还在人类114年]。他们还表明,荡妇,其中编码两个细胞死亡的分子受FoxO,负责LRRK2-mediated细胞死亡暗示他们在神经退化的关键因素LRRK2与PD (114年]。总之,似乎体内基因LRRK2激酶活性表现出较高的突变可能导致DA神经元损失影响不同的细胞过程。

4所示。利用果蝇模型研究帕金森病的分子机制

建立人类疾病动物模型的主要目标是提供其致病机制的新见解。为了解决这个问题,果蝇提供各种各样的遗传学工具。其中一个是执行遗传的可能性屏幕,使全基因组遗传相互作用的分析基于给定的表型的主要修改得到的损失或获得感兴趣的基因的功能。此外,候选基因的方法也可以执行,只有那些怀疑基因相关PD-linked基因化验修改的表型。这两种策略允许识别组件的多个信号通路参与PD发病机理。见第三节,一些透析相关表型获得在飞模型不是外部可见的DA神经元的损失。遗传相互作用分析和基于这种表型的遗传屏幕往往无法负担和费时。然后,其他透析相关基因的突变引起的表型,容易得分和量化,用于分析。在这里,我们报告的几个例子的识别基因和信号通路参与PD发病的遗传相互作用分析中执行苍蝇(见表1)。相似的遗传实验已经进行确定功能之间的关系的一些透析相关基因(见部分3)。


路径/过程 果蝇模型 相互作用的基因/毒素 引用

氧化应激 帕金 GstS1 (62年,115年]
百草枯 (58]
α-核蛋白 GstS1, Eip55EGclm (39]
同行/ Eip71CD (38]
草皮 (40]
DJ-1α/β 百草枯 (53,90年,93年- - - - - -95年]
鱼藤酮 (93年]
H2O2 (50,94年]
LRRK2/4 e-bp 百草枯,H2O2 (104年]
PINK1 草皮 (72年]
鱼藤酮 (69年]
百草枯 (69年,72年]

PI3K / Akt信号 DJ-1α/β PTEN,Dp110 (50]

Ras / ERK信号 DJ-1α/β Ret, rl (116年]

物信号 帕金 bsk,消息灵通的,举办的 (59]

DA新陈代谢 百草枯 比如,Pu,番茄酱 (27]

帕金 VMAT (66年]

线粒体结构和功能 PINK1 帕金 (69年,70年,74年- - - - - -76年,78年]

TOR信号 帕金/ PINK1 4 e-bp (82年]

去除多余的或者有毒蛋白质形式 α-核蛋白 Hsp70 (117年]
泛素 (51]
dHDAC6 (118年]
SIRT2 (119年]
ctsd (120年]
帕金 PAEL-R (64年]
Sept4 (65年]

为了确定病理的分子机制与功能丧失的飞翔帕金(见部分3.2),遗传修饰符的屏幕部分杀伤力果蝇的表型帕金突变体。本研究确定的LOF等位基因谷胱甘肽S-transferase S1(GstS1)基因表型的强增强剂(115年]。与此一致的是,这是发现,减少GstS1活动能够提高DA神经元损失帕金突变体,GstS1超表达显著抑制表型(62年]。消费税的家人以来参与活性氧的解毒121年),这些数据表明之间的联系帕金和氧化应激反应。这个假设被证实当转录概要的分析帕金变异果蝇,显示比例升高的管制基因突变体的功能相关的氧化应激反应(115年]。

谷胱甘肽代谢的重要性在DA神经元生存也证明后研究基于候选基因的方法。这表明LOF突变体的基因参与谷胱甘肽合成(Eip55EGcl-modifying亚基,Gclm)或谷胱甘肽共轭通路(GstS1)增强DA神经元的损失α-Synuclein-overexpressing苍蝇而过度抑制表型。这些基因以前孤立的遗传屏幕使用酵母模型α-synucleinopathy [37,122年]。这一研究获得的结果表明α反向-核蛋白毒性与丰富的谷胱甘肽和GstS1建议二期解毒的作用通路在PD发病机理39]。几项研究也处理的重要性α-核蛋白的寡聚物去除DA神经元胞浆保持其完整性。的发现进步的DA神经元完整性产生的损失α-核蛋白超表达是可以预防在飞过导演Hsp70的表达强烈建议消除有毒形式或过剩的蛋白质可以防止神经元损害中心(117年]。最近,coexpression泛素已被证明营救DA神经元变性和运动功能障碍α-Synuclein-overexpressing苍蝇。这个神经保护的形成依赖于赖氨酸48 polyubiquitin连杆被蛋白酶通过靶蛋白降解[51),建议增加α-核蛋白的目标退化能够降低其毒性。组蛋白脱乙酰酶的参与6 (dHDAC6)α-核蛋白毒性也分析(118年),由于其作用在传感ubiquitinated聚合,从而激活陪伴表达,促进aggresome形成和决定的命运ubiquitinated蛋白(123年- - - - - -125年]。作者发现,击倒dHDAC6基因在α-Synuclein-overexpressing苍蝇的数量增加α-核蛋白寡聚物而cytoplasmatic包裹体和DA神经元的数量减少,表明通过促进dHDAC6保护DA神经元完整性α-核蛋白夹杂物形成(118年]。这些结果支持磅作为一个成功的角色防御的浓度有毒蛋白质形式。有趣的是,抑制组蛋白脱乙酰酶的另一个蛋白家族,Sirtuin蛋白2 (SIRT2),也发现预防α-核蛋白的毒性果蝇(119年]。最后,另一项研究报道,删除的ctsd基因编码溶酶体蛋白酶组织蛋白酶D,促进了视网膜变性观察时α-核蛋白overexpressing苍蝇,这表明这蛋白酶可以作为一个主持人α-Synuclein-degrading活动(120年]。

DA神经元变性是PD的特色之一。出于这个原因,它似乎合理的基因参与细胞生存/死亡会在帕金森病发病机制中的作用。解决这个问题通过执行一项研究基因之间的相互作用分析DJ-1α之前和候选基因或信号通路与细胞的生存。这项研究导致确定PI3K / Akt信号通路中的基因的特定修饰符DJ-1α- - - - - -细胞死亡表型有关。一致的基因相互作用的结果,他们发现PI3K / Akt信号调节细胞ROS水平和DJ-1αdownregulation导致PI3K / Akt信号损伤。同样的效果观察帕金突变体,从而说明两个模型之间的共同分子事件(50]。这些结果与那些获得在最近的一项研究报告没有相互作用DJ-1α/β和PI3K / Akt在飞的眼睛116年]。作者描述了一个互动受潮湿腐烂的有力催化剂PI3K / Akt和Ras / ERK途径,和DJ-1α/β果蝇。然而,这种交互在飞的眼睛似乎是由Ras / ERK (116年]。使用的差异可能是由于不同的系统在每一个研究中,尽管进一步的工作需要揭开真正的联系DJ-1α/β和PI3K / Akt信号。之间的关系帕金和其他细胞凋亡信号通路也被报道(59,126年]。这些研究表明,帕金LOF突变体展览物通路激活在DA神经元的差别,对这些通路能够拯救DA神经元损失表型观察到这些突变体59]。基因之间的相互作用帕金和成员还指出,物的途径帕金这个途径的是负的监管机构,这一规定是由减少篮子转录水平(59,126年]。

几个基因在果蝇的研究也表明,多巴胺基因调节体内平衡的变化,人类是守恒的但不知道与家族性帕金森病相关,可以修改神经退化PD模型中观察到的表型改变对百草枯,一个已知的环境PD风险因素(27]。虽然已经被广泛讨论,任何协议有益/有毒这个分子对DA神经元存活的影响,因此在PD患者取得了。一些在体外研究表明L-dopamine治疗,最常见的缓和药物化合物用于PD患者,可能有毒DA神经元的激活氧化瀑布由多巴胺水平增加(127年- - - - - -129年]。此外,海拔多巴胺合成在应对各种各样的压力可能让DA神经元与高水平的氧化应激(130年- - - - - -132年]。在这种情况下,它已经表明,在果蝇hyperactivated多巴胺合成cathecolamines起来(番茄酱)突变体,这可能会把有机体在高水平的氧化应激,而是能够提供防止百草枯暴露的影响。相比之下,损害多巴胺合成增强该文就近年来关于百草枯所致氧化应激发生的易感性(27),从而表明对百草枯的敏感性可能会修改基因调节多巴胺的合成和代谢的变化。此外,其他研究已经表明,过度的果蝇水泡单胺转运体(VMAT)调节胞质DA体内平衡,部分救助人类的退化性过度造成的表型帕金突变体而击倒加剧这些表型(66年]。这些结果表明,Parkin-induced神经毒性变异的人类之间的相互作用的结果帕金与胞质多巴胺。

5。利用果蝇PD模型来识别潜在的治疗性化合物

遗传和toxin-induced果蝇PD模型表示一个有前途的治疗复合系统识别。事实上,在过去的十年里,分析了几种化合物对行为的影响,神经退行性或生化表型的模型导致识别潜在的治疗性化合物,可以缓解PD症状(见表2)。虽然候选化合物总是在这些研究中,他们公开表演的可能性高吞吐量化合物屏幕无疑将有助于发现新的药物可以缓解PD症状。


路径/过程 复合治疗* 果蝇模型 修改后的表型/秒 引用

氧化应激 萝卜硫素和烯丙基二硫化物 帕金 DA神经元数量 (39]
α-核蛋白 DA神经元数量 (39]
年代甲基-l半胱氨酸 α-核蛋白 运动活动 (38]
多酚类物质 α-核蛋白 寿命、运动活动 (135年]
百草枯和铁 运动活动 (136年]
α生育酚 DJ-1β 寿命 (54]
PINK1 Ommatidial变性 (72年]
草皮 PINK1 Ommatidial变性 (72年]
褪黑激素 DJ-1β 寿命 (54]
百草枯 运动活动 (27]
鱼藤酮 运动活动,DA神经元数量 (27]
一种monieri叶提取 百草枯 氧化标记水平 (137年]

氧化应激和炎症过程 二甲胺四环素 DJ-1α DA神经元数量,多巴胺水平 (138年]
Celastrol DJ-1α DA神经元数量,多巴胺的水平,运动活动和氧化应激条件下的存活率 (138年]

TOR信号 雷帕霉素 帕金/ PINK1 胸压痕、运动活动,DA神经元数量,和肌肉的完整性 (82年]

去除多余的或者有毒蛋白质形式 Geldanamycin α-核蛋白 DA神经元数量 (35,134年]

锌体内平衡 氯化锌 帕金 寿命、运动活动和比例的成年幸存者 (139年]

*所有治疗都是管理作为膳食补充。

第一个发表的研究中关于复合治疗在果蝇PD模型药物常用的影响报道治疗PD的运动表现型α-核蛋白表达苍蝇和显示,他们中的一些人能够抑制表型(133年]。随后,鉴于女伴活动增加,以抵消的能力α-核蛋白毒性(117年)的影响Geldanamycin (GA),一种抗生素能干扰一半活动和激活应激反应,是化验α-核蛋白表达苍蝇(35,134年]。值得注意的是,喂养这些苍蝇与GA保护DA神经元α-核蛋白诱导变性,这种保护是由Hsp70水平增加(134年]。组蛋白脱乙酰酶的抑制剂SIRT2还显示一个保护作用α-核蛋白毒性(119年]。

其他研究也表现在几个果蝇PD模型来寻找潜在的治疗性化合物直接减少氧化应激损伤。正如前面所解释的那样,研究α苍蝇-核蛋白毒性导致二期解毒途径的识别作为一个可能的目标治疗治疗(39]。事实上,喂养α-Synuclein-expressing苍蝇或果蝇帕金突变体与通路像萝卜硫素的药理诱发者或烯丙基二硫抑制的神经元丧失PD模型(39]。这些发现提出了这样的可能性,那就是这些,也许其他的化学诱导物二期为PD解毒途径可能代表潜在的预防剂。除此之外,它已经表明,膳食补充剂年代甲基-l半胱氨酸(SMLC)抑制运动和昼夜节律缺陷引起的异位表达的人α-核蛋白在果蝇38]。SMLC参与催化抗氧化机制涉及蛋氨酸亚砜还原酶(同行),酶的催化氧化的氨基酸蛋氨酸蛋氨酸亚砜,可逆反应,提出采取行动保护细胞免受氧化损伤。此外,补充葡萄提取物已被证明恢复运动能力和寿命α-Synuclein-expressing苍蝇。众所周知,葡萄提取包含几个多酚,化合物具有抗氧化特性的生化(135年]。其他果蝇PD模型的治疗与抗氧化化合物已被证明是有益的涉及DJ-1αDJ-1β基因(54,138年]。化合物具有抗氧化和抗炎特性如celastrol和二甲胺四环素授予的RNAi DA神经保护DJ-1α突变体(138年]。我们最近也证明慢性治疗与抗氧化化合物能够修改的寿命表型DJ-1β变异果蝇,从而表明氧化应激具有因果作用在这种表型(54]。

众所周知,雷帕霉素是一种小分子抑制剂的TOR信号导致4所示e-bp hypo-phosphorylation体外和体内140年,141年]。尤其是雷帕霉素政府能够抑制所有病理表型公园PINK1突变体。此外,这种抑制4 e-bp-dependent被发现,因为雷帕霉素的政府帕金托尔PINK1托尔双突变体是完全不能抑制这些表型(113年]。因为4 e-bp活动可以被小分子抑制剂雷帕霉素等,这个途径是一个可行的治疗帕金森病治疗的目标。此外,它最近建议帕金突变体,除了描述表型,也存在改变锌体内平衡。这是支持的事实,膳食锌补充剂的形式氯化锌寿命增加的百分比帕金成年变异果蝇虽然这补充饮食控制苍蝇是有害的(139年]。

因为大多数PD病例都是零星的和可以关联到不同的环境因素,这也是基本的使用toxin-induced果蝇PD模型来分析候选化合物的有利影响。多酚政府还发现施加有益的影响果蝇接触百草枯和铁、保护、拯救和恢复受损的运动活动引起的接触这些代理(136年]。还发现了褪黑素等抗氧化化合物拯救运动赤字和DA在果蝇神经退化暴露在鱼藤酮(26]。同样,最近报道,氧化扰动,测量了不同氧化标记,在百草枯诱导果蝇减轻的叶提取物治疗吗一种monieri印度草药与由于神经保护功能(137年]。

6。结论

综述报道,果蝇已成为一个非常有价值的生物模型研究PD。虽然不可能完全概括人类PD的关键neuropathologic和临床特征在一个单一的模式生物,许多现有的果蝇PD模型表现出疾病的关键特性和为PD发病机理提供了见解。toxin-induced PD模型或模型基于基因的突变与家族性帕金森病提供了适当的上下文的守恒的信号通路和分子过程相关的疾病被发现和化合物能够抑制透析相关表型在发现苍蝇。事实上,果蝇PD模型表示一个有前途的新基因的识别系统,可以参与/发展以及治疗帕金森病易感性相关化合物,可以缓解帕金森病的症状。

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