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圖一:亨丁頓氏舞蹈症(HD)可能的分子致病機轉。(Landles and Bates, 2004)
(1)正常的亨丁頓蛋白質(Htt)可以在細胞質被表現。其功能和神經傳導、細胞骨架定錨 作用等等有關。(2)分子伴隨蛋白可以幫助認知異常突變的亨丁頓蛋白質,使得他們可以再 度被正確摺疊。若無法被再度正確摺疊,則異常的亨丁頓蛋白質會不斷累積導致神經細胞毒 害(3)另外,突變的亨丁頓蛋白質也可能經由蛋白質分解路徑而被分解掉。(4)突變的亨丁 頓蛋白質可能經由全長或是被切割的外引子一號蛋白形成可溶性的毒性堆積引發傷害。(5)
而異常亨丁頓蛋白質所引發的毒性影響層面則可能包括了粒腺體、囊泡運輸等等方面的異常 傷害。(6)在基於細胞自我防衛的機制下,毒性蛋白有可能聚集起來以降低其對細胞本身的 傷害。(7)異常的亨丁頓蛋白質有可能經由進入到細胞核中影響特定基因的轉錄效率。
圖二:蛋白質磷酸酶 B(PKB / Akt)被蛋白質去磷酸酶 2A(Protein Phosphotase 2A,PP2A)調控其活化態。(Millward et al., 1999)
蛋白質磷酸酶 B 在細胞內可經由 PDK1 及特定蛋白質磷酸酶的給予磷酸根而活 化。而活化的蛋白質磷酸酶 B 可以脫離細胞膜而去活化其下游受質。而蛋白質 去磷酸酶 2A 則可以藉由去磷酸化蛋白質磷酸酶 B 而使其再度失去活性。
圖三:胰島素訊息傳遞路徑主要研究方向。(Oldham and Hafen, 2003)胰島素訊息傳遞路徑在 哺乳動物及果蠅體內和生長、生殖、代謝以及壽命四項研究領域息息相關。而在生物 體內負向調節「胰島素訊息傳遞路徑」目前應用在關於肥胖、糖尿病、或是癌症的相 關議題上。
圖四:爬行能力測試裝置圖
裝置主要由 30 公分長,直徑 1.5 公分的玻璃管為主體。玻璃管底部由漏斗狀塑 膠體所支撐,頂端由棉花塞住防止果蠅飛逸。玻璃管由底部算起,以 2 公分為 一區域(1-5),再加上最後的緩衝區。(Todd and Brian ,2004)
圖五:突變亨丁頓蛋白對於果蠅小眼細胞的毒性不受綠螢光 蛋白(Green Fluoresce Protein,GFP)所影響。
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(A))))為正常野生型果蠅,小眼形狀為規則六角形。而剛毛 正常排列在小眼周圍。((((B))))表現 GFP 在果蠅複眼並不會對 小眼細胞造成毒害((((C))))亨丁頓果蠅株的小眼呈現癒合以及 不規則形狀,剛毛也發生丟失、增生現象((((D))))同時表現突 變亨丁頓蛋白以及 GFP 並不會出現加成性毒害或是減輕性 狀的情形發生((((E))))將 A-D 四株果蠅小眼性狀做統計,顯示 突變亨丁頓蛋白對於果蠅小眼細胞的毒性不會因為共同表 現 GFP 而有所影響。右下小圖為局部放大。
圖六:果蠅體內蛋白質磷酸酶 B(Akt)的磷酸化多寡,的確經由過度表現胰島素生長因子訊息傳導路徑而提升。
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(A))))在果蠅體內單獨過量表現 IGF-1 傳導路徑中各蛋白質,包括 PKB/Akt、Pi3K92E、InR 以及利用 RNAi 減低 Pten 的抑制作用,的 確能提升 PKB/Akt 活化態的量。(((B)( )))在亨丁頓果蠅株內 IGF-1 傳導路徑中各蛋白質提升,也具有同樣效果。值得注意的是亨丁頓果蠅 株本身表現量似乎較正常果蠅低。((C、(( 、、、D)))分別為(A、B)蛋白質定量統計結果,顯示:提升 IGF-1 路徑的確對於 PKB/Akt 的活化量) 有顯著提升。圖中箭頭所示為磷酸化 PKB/Akt,箭號所指為內控制組 β-tublin。
圖七:提升「胰島素生長因子訊息傳導路徑」能減輕亨丁頓果蠅複眼色素丟失症狀。
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(A-E))))分別為野生型、單獨過量表現 PKB/Akt、減低 Pten 表現、過量表現 Pi3K92E 以及 InR 果蠅複眼色素發育情形。((((F-J))))為在亨 丁頓果蠅株中,共同單獨過量表現 PKB/Akt、減低 Pten 表現、過量表現 Pi3K92E 以及 InR 果蠅複眼色素發育情形。所有果蠅皆為 GMR 驅動表現特定基因,並且都為羽化後一週大成體雌果蠅。
圖八:提升「胰島素生長因子訊息傳導路徑」能減輕亨丁頓果蠅小眼形狀及剛毛性狀。
(A)及(F)分別為野生型及亨丁頓果蠅複眼的 SEM 觀察。(B-E)依序為單獨過量表現 PKB、減低 Pten 表現、過量表現 Pi3K92E 及 InR 時,果蠅複眼情形。可以發現除了 InR 會導致小眼嚴重病變之外,其餘三株果蠅僅顯現輕微性狀及小眼略微增大之現象。(G-J)
顯示了:在突變亨丁頓蛋白表現背景下,利用調節 PKB/Akt、Pten 以及 Pi3K92E 的表現量提升 PKB/Akt 活化態,可以減輕原本突變亨 丁頓蛋白所造成的毒性。(K)是將 A-D 及 F-I 的小眼性狀做定量統計,各 SEM 圖右下皆為局部放大圖。
圖九:「胰島素生長因子訊息傳導路徑」對於突 變亨丁頓蛋白所造成的爬行能力退化有減輕的 傾向。
(A)在亨丁頓果蠅內共同表現 PKB/Akt,對於 退化的爬行能力沒有顯著的改變。(B)在亨丁 頓果蠅內降低 Pten 的表現量,對於退化的爬行 能力顯現了輕微的提升。(C)在亨丁頓果蠅內 共同表現 Pi3K92E,對於退化的爬行能力有著明 顯的改善。
圖十:「胰島素生長因子訊息傳導路徑」能部分延長亨丁頓果蠅壽命。
利用共同表現突變亨丁頓蛋白以及「胰島素生長因子訊息傳導路徑」上 各磷酸酶或是降低去磷酸酶的表現量,可以發現雖然 PKB/Akt 或是 Pten 沒有顯著的改善效果,但當過量表現 Pi3K92E 時,對於壽命回復有著顯 著改善。
圖十一:提升 PKB/Akt 表現量能抑制果蠅細胞 自戕。(A)為 GMR/+野 生型果蠅蛹期後 20-26 小 時眼睛免疫抗體染色(B)
為 p35,(C)為 dAkt 果蠅 眼睛。圖中箭號指出因為 細胞自戕作用被抑制而 增生的細胞。(D)為包圍
圖十二:改變 PP2A 的表現量能影響 PKB/Akt 磷酸態的多寡。
(A)在過量表現 PP2A 調節次單元,包括 twins 以及 wdb-的背景下,利用西方轉漬法增測 PKB/Akt 磷酸態在量上面的變化。
可以發現 PKB/Akt 磷酸態有減少的現象出現。(B)相對的,在降低 twins 以及 wdb(twins60及 wdb-),甚至是催化次單元 mts- 的背景下,磷酸化的 PKB/Akt 在量上面有著增加的現象。(C)及(D)分別為(A)(B)定量統計
圖十三:突變亨丁頓蛋白毒性受到 PP2A 表現影響。
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((A))))為野生型果蠅複眼。而在((((D))))亨丁頓果蠅株中,
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((B))))共同表現調節次單元twins 會使小眼呈現嚴重的 性狀((((C))))共同表現活性次單元 mts 會導致果蠅無法羽 化而死亡((((E、、、、F))))若減少twins或是mts的表現量時,
則原本因突變亨丁頓蛋白毒性所造成的性狀有減輕的現 象。。。。((((G))))為各果蠅株複眼性狀統計,顯示減低 PP2A 功 能的確能減輕突變亨丁頓蛋白的毒性。
表一: 與麩醯胺異常擴增有關的神經退化性疾病一覽。
截至目前為止,與麩醯胺異常擴增有關的神經退化性疾病共有 9 種。其中除了性聯遺傳的 SBMA 之外,
其餘 8 種皆為體染色體顯性遺傳。
遺傳疾病 基因 染色體位置 遺傳模式 蛋白產物 正常擴增
數目
致病擴增 數目 HD IT-15 4p16.3 體染色體顯性 Htt 6-35 36-121 SBMA AR Xq13-21 X 連鎖遺傳 雄激素受器 9-36 38-62
DRPLA DRPLA 12p13.31 體染色體顯性 atrophin-1 6–35 49–88
SCA-1 SCA-1 6p23 體染色體顯性 ataxin-1 6–44 39–82 SCA-2 SCA-2 12q24.1 體染色體顯性 ataxin-2 15–31 36–63 SCA-3 SCA-3 14q32.1 體染色體顯性 ataxin-3 12–40 55–84
SCA-6 SCA-6 19p13 體染色體顯性 a1A-voltage-dependent
calcium channel subunit 4–18 21–33
SCA-7 SCA-7 3p12–13 體染色體顯性 ataxin-7 4–35 37–306
SCA-17 Tbp 6q27 體染色體顯性 TATA binding protein 25–42 45–63
表二:實驗果蠅品系一覽表
Line Genotype Chromosome(s) Affected
Huntington’s Disease y1 w1118; P{UAS-Htt ex197QP}/TM3,Sb1,Ser1 1;3 IGF-1 signaling pathway y1 w1118; P{UAS-Akt1.Exel}2 1;2 y1 w1118; P{UAS-Pi3K92E.Exel}2 1;2 y1 w1118; P{UAS-Pi3K92E.Exel}3 1;3 y1 w1118; P{UAS-Pten.dsRNA.Exel}2 1;2 y1 w1118; P{UAS-Pten.dsRNA.Exel}3 1;3 y1 w1118; P{UAS-InR.Exel}2 1;2 PP2A y1 w1118; P{UAS-Twins}/TM6B 1;3 y1 w1118; twins60/TM3,Sb1,Ser1 1;3 y1 w1118; P{UAS-Mts}/TM6B 1;3
y1 w1118;mtsXE-2258/CyO, P{sevRas1.V12}FK1 2;3
y1 w1118; P{UAS-dn:wdb}/ TM3,Sb1,Ser1 1;3 y1 w1118;wdbEP/ TM3,Sb1,Ser1 1;3
Gal4 driver w*; P{GAL4-elav.L}3 1;3
w*; P{GAL4-elav.L}2/CyO 1;2 w1118; P{GMR-GAL4.w-}2/CyO 1;2
Control y1 w1118 1
y1 w1118; P{UAS-GFP}/CyO 1;2