rhorock通路在创伤性脑损伤后神经再生中的作用机制课件.ppt
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- rhorock 通路 创伤 脑损伤 神经再生 中的 作用 机制 课件
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1、RHO/ROCK通路在创伤性脑损伤后神经再生中的作用机制研究方向:神经损伤与修复 专业:神经外科研究类别:基础研究 项目来源:国家自然科学基金项目导师:段虎斌 学生:崔刚主要内容立论依据研究目标、内容、方法拟解决关键问题、可行性分析创新点研究进度、预期成果经费预算、参考文献立论依据 创伤性脑损伤(TBI)致死、致残率很高,给社会家庭造成巨大损失。在美国每年约有1,700,000人遭受TBI,其中约52,000人死亡,直接和间接经济损失达600亿美元。我国每年约有10万人死于TBI,其中,因车祸死亡约5万人,这一数字也呈上升趋势。立论依据本课题为本课题为国家自然基金项目-“创伤性脑损伤的神经源性
2、机制及其干预实验研究”的后续研究,着重讨论Rho/Rock通路在TBI后神经源性炎症和神经再生修复中的作用机制后神经源性炎症和神经再生修复中的作用机制,探索新的干预措施,从新角度探求脑创伤后神经修复的探索新的干预措施,从新角度探求脑创伤后神经修复的新治疗策略和方案。新治疗策略和方案。立论依据 本研究采用TBI大鼠模型,以脑组织内NF-B等为神经源神经源性炎症反应性炎症反应的指标,脑细胞线粒体、神经突触等超微脑细胞线粒体、神经突触等超微结构变化结构变化为神经病理损伤神经病理损伤指标,Nogo-A等为阻碍神经阻碍神经再生再生的指标,BDNF等为促进神经再生促进神经再生的指标,探究该通路在调控神经再
3、生中的作用机制立论依据 机制假设:TBI激发神经源性炎症,激活Rho/Rock通路,致球蛋白轻链磷酸化酶(MLCP)活性受抑制,引起脑血管平滑肌收缩,血流下降,内皮及屏障功能受损,导致脑组织缺血,阻碍神经再生,脑血管周围炎性物质渗出增加,引发血管性、细胞性脑水肿和脑细胞调亡。使用Rho激酶、NF-B抑制剂和神经营养因子等干预措施,松弛血管平滑肌,扩张血管,促进脑组织血供,改善神经再生微环境,这为TBI的早期干预和康复治疗提供了新思路。图1 Rho/Rock1 Rho/Rock经典信号通路Rho/Rock信号通路的成分主要有三个三个:小G蛋白(在这里主要是指Rho)、与Rho相连的Rho激酶(R
4、ho-kinase)和Rho-kinase的效应分子3-5。研究目标(1)探讨Rho/ROCK信号通路在TBI后神经源性炎症中的作用机制;(2)研究Rho/ROCK信号通路在控TBI后中枢神经系统修复微环境的作用及其机制;(3)观察多种干预措施对Rho/ROCK信号通路的影响及其在治疗TBI中的应用价值。(1)通过免疫组化和电镜观测Rho、ROCK、NF-B、BDNF、NOGO-A等在对照组(假手术组)及实验组(颅脑损伤动物模型组)SD大鼠大脑皮层、下丘脑、垂体、脑干、损伤处及周边区脑组织中的分布特征和定位规律,以寻找组织学根据;(2)通过分子生物学手段(如PCR)测定对照组及实验组大鼠大脑皮
5、层、下丘脑、垂体、脑干、损伤处及其周边脑细胞中Rho、ROCK、NF-B、BDNF、NOGO-A等的基因表达水平。(3)取大鼠大脑中动脉(MCA)做Rho激酶活性、MLCP活性、MLCK活性及MLC磷酸化水平测定。(4)观察干预措施(Rho激酶抑制剂)对上述(1)(3)变化的影响;(5)上述几项中改变和变化的相关性分析。研究内容(1)未干预)未干预TBI组:组:实验采用SD大白鼠(山西医科大学实验动物中心提供),体重270-290g,乌拉坦腹腔注射(1.2mgkg-1)麻醉满意后,将大鼠固定在脑立体定位仪上(ST-T型,日本成贸公司)。制作TBI模型时沿正中线切开头皮并剥离骨膜,切口长2cm,
6、暴露右顶骨,牙科台式电钻(宁波医疗器械厂)于冠状缝后1.5mm,中线右旁2.5mm处钻一直径为5mm的圆形骨窗,保持硬脑膜完整,将撞杆头端置骨窗处,击锤(重20g)沿外周导管分别从10cm、30cm高处自由落下冲击撞杆,造成右顶叶轻、中度脑挫伤,另用击锤(重40g)沿外周导管从25cm高处自由落下冲击撞杆,造成右顶叶重度脑挫伤,致伤冲击力分别为0.028Ns、0.048 Ns和0.088 Ns,硬膜保持完整,骨蜡封闭骨窗。TBI组按损伤程度分为轻、中、重三组。于伤后0.5、6、12、24、48、72h断头取血,开颅取脑,进行如下实验:实验方法免疫组化和电镜观测Rho、ROCK、NF-B、神经营
7、养因子、NOGO-A等在对照组(假手术组)及实验组(颅脑损伤动物模型组)SD大鼠大脑皮层、下丘脑、垂体、脑干、损伤处及周边区脑组织中的分布特征和定位规律,以寻找组织学根据;通过分子生物学手段(PCR)测定对照组及实验组大鼠大脑皮层、下丘脑、垂体、脑干、损伤处及其周边脑细胞中Rho、ROCK、NF-B、神经营养因子、NOGO-A、等的基因表达水平;取大鼠大脑中动脉(MCA)做Rho激酶活性、MLCP活性、MLCK活性及MLC磷酸化水平测定。实验方法(2)干预TBI组:撞击鼠脑后使用Rho激酶抑制剂(Hydrochloride Fasudil、Y-30141)、NF-KB抑制剂-PDTC、神经营养
8、因子等对TBI组上述3项改变的影响。各种干预措施(如 Rho激酶抑制剂-Y-30141、NF-KB抑制剂)对神经损伤修复的影响(3)统计学分析 上述各项中改变和变化的相关性分析。实验方法技术路线图拟解决的关键问题拟解决的关键问题(1)大鼠大脑中动脉的分离,需要显微镜下仔细操作,技术要求高,我科实验室有实验用手术显微镜并有老师指导,仍需要不断练习,提高显微操作技能。(2)各种干预措施(如 Rho激酶抑制剂-Y-30141、NF-KB抑制剂)对神经损伤修复的影响,国内外前期研究少,需要不断摸索实验条件。4-氨基吡啶类(Y-30141)异喹啉类(H-1152P)(1)项目的设计构思是建立在以往工作基
9、础上,是国家自然基金的后续深入研究,现已建立了稳定的实验动物模型和实验方法,并且已开展有关方面的研究,得到初步结果;(有前期研究基础)(2)本项目采用成熟的动物模型,成熟的分子生物学、放射免疫学、病理学技术;(在方法学方面是可行的)(3)本人的指导老师和项目组成员有长期科研实践经验,为本课题提供技术和理论指导;(4)项目申请人所在学科有专用实验室,所在实验室和所在单位拥有课题相关的实验设备,导师课题经费充足,实验动物及相关试剂均可购买到。(实验条件具备,可以确保实验如期完成)可行性分析(1)关于Rho/ROCK信号转导通路在TBI后神经源性炎症中的作用机制目前尚未见相关文献报道。(2)关于Rh
10、o/ROCK信号转导通路在调控TBI后神经再生和功能修复微环境中的作用机制,目前尚未见相关文献报道。(3)关于多种干预方法(Rho激酶抑制剂、NF-KB抑制剂、NPY-受体阻抑、NK1-受体阻抑、干细胞细胞移植等)在颅脑损伤期对Rho/ROCK信号转导通路的影响机制,尚未见相关文献报道。创新点(1)2019年01月份2019年4月份:完成假手术组的免疫组化、电镜 和分子生物学实验。(2)2019年5月份2019年8月份:完成颅脑损伤未干预组的免疫组化、电镜 和分子生物学实验。(3)2019 年9月份2019年12月份:完成颅脑损伤干预组的免疫组化、电镜 和分子生物学实验。(4)2016 年1月
11、份2019年3月份:建立实验数据库,统计分析实验数据,总结课题,撰写论文,发表有关论文,准备论文交流与答辩。研究进度(1)Rho/ROCK信号转导通路在TBI后神经源性炎症中发挥重要作用,脑血管Rho激酶含量与脑组织NF-B表达水平之间存在相关性;(2)Rho/ROCK信号转导通路在调控TBI后神经再生和功能修复微环境中发挥枢纽作用,脑血管Rho激酶与促进和抑制神经再生的因子(如神经营养因子和NOGO-A)之间存在相关性;(3)Rho激酶抑制剂通过干预Rho/ROCK信号转导通路,对减轻TBI的严重程度、促进神经再生和功能恢复方面能起一定作用,为临床治疗TBI提供新思路和新方法。(4)成果以论
12、文形式发表预期成果经费预算金额(万元)金额(万元)计算根据及理由计算根据及理由支出预算合计5一、设备费0.31购置费0.0 2试制费0.3预实验实验试剂及实验动物费用二、能源材料费3.5实验动物及试剂费用三、资料及印刷费1.2发表论文、检索、装订论文、复印资料等费用六、其他费用0.0参考文献:参考文献:参考文献:1.Traumatic Brain Injury in the United States:Emergency Department Visits,Hospitalizations,and Deaths,2019-2019.cdc.gov/TraumaticBrainInjury/in
13、dex.html2.王忠诚.神经外科学.湖北:湖北科学技术出版社,2019.3653.Fujimura M,Usuki F,Kawamura M.Inhibition of the Rho/ROCK pathway prevents neuronal degeneration in vitro and in vivo following methylmercury exposure.Toxicol Appl Pharmacol.2019,250(1):1-9.4.Cheng R,Shao MY,Yang H.The effect of lysophosphatidic acid and Rho
14、-associated kinase patterning on adhesion of dental pulp cells.Int Endod J.2019,44(1):2-8.5.Haydont V,Bourgier C,Vozenin-Brotons MC.Rho/ROCK pathway as a molecular target for modulation of intestinal radiation-induced toxicity.Br J Radiol.2019,80(1):S32-40.6.Zhou Q,Gensch C,Liao JK.Rho-associated co
15、iled-coil-forming kinases(ROCKs):potential targets for the treatment of atherosclerosis and vascular disease.Trends Pharmacol Sci.2019,32(3):167-173.7.Hall A,Lalli G.Rho and Ras GTPases in axon growth,guidance,and branching.Cold Spring Harb Perspect Biol.2019,2(2):a001818.8.Bryan BA,Dennstedt E,Mitc
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20、o/ROCK pathway.Clin Exp Metastasis.2019 Oct;27(7):529-538.欢迎各位老师提出宝贵意见谢谢谢谢!答辩项目背景材料RhoRho蛋白Rho蛋白:Rho蛋白是G蛋白中的一种,是属于小G蛋白超家族成员,其分子量约2030Kd,由氨基酸序列高度同源3种异构体组成:RhoA、RhoB、RhoC。RhoRho蛋白的两种形式转化机制Rho蛋白以活化的Rho-GTP形式和非活化的RhoGDP形式两种状态存在于细胞质中、质膜上6-8。ROCKROCK的一级功能结构A A、晶体结构B B、整体结构C C示意图Rhokinase(ROCK):ROCK,即Rho激酶
21、,属于丝氨酸苏氨酸蛋白激酶家族成员之一,以两种同源性极高的异构体存在:ROCK II(ROCK)和ROCK I(ROCK)。Rho激酶包括一个催化区(位于分子结构的N端),一个螺旋区(位于分子结构的中间部分)及一个pleckstrin同源区(PH区,位于分子结构的C 端)。Rho激酶的Rho结合区(Rhobinding,RB)位于螺旋区的C端。RhoGTP与螺旋区的C端相互作用,并激活Rho激酶的磷酸转移酶活性。Rho激酶的C端(包括RB和PH区)为激酶的负向调节区。在静息状态下,RB和PH区与激酶的催化区相互作用,并抑制激酶的活性。激活状态的Rho与RB相互作用,改变了Rho激酶的构型,从而
22、解除RB和PH对激酶的抑制,Rho激酶被激活。激酶缺失C端区,包括PH区或PH与螺旋区,可使激酶持续激活。某些化学制剂,如某些化学制剂,如Y-227632、HAl077(fasudil)或或hydroxyfasudil等,能够以与等,能够以与ATP竞争的方式特异性地抑制竞争的方式特异性地抑制Rho激酶的活性。激酶的活性。它们与它们与ATP竞争竞争Rho激酶催化区的激酶催化区的ATP结合位点,从而抑制结合位点,从而抑制Rho激酶的活性激酶的活性9-11。ROCKROCK活性的调节Rho-kinase的效应分子的效应分子:当Rho蛋白被激活,就转移到特定的细胞亚结构上,它们将与下游效应分子交互作用
23、,激发特定的信号级联。至今,有70多个蛋白被鉴定属于Rho蛋白的下游效应分子。Rho激酶的下游底物虽然很多,但是被深入研究的并不是很多。其中球蛋白轻链球蛋白轻链磷酸化酶磷酸化酶(myosin lightchain phosphase,MLCP)是目前研究得最多也是最清楚的是目前研究得最多也是最清楚的Rho激酶作用的底物之一。激酶作用的底物之一。MLCP的肌球蛋白结合亚基(myosinbinding subunit,MBS)是第一个被确认的Rho激酶的底物。MLCP包括3个亚基:MBS,37kDa的l型磷酸化酶催化亚基、肌球蛋白结合亚基(MBSl 30k)即磷酸酶靶蛋白I(MYPT-1)调节亚基
24、和一个功能不明的小M20非催化亚基。MLCP通过MBS与磷酸化的肌球蛋白轻链(myosin light chain,MLC)结合,并使其脱磷酸。Rho激酶激活后可磷酸化激酶激活后可磷酸化MBS,从而导致,从而导致MLCP失活。失活。Rho激酶还可以直接激酶还可以直接磷酸化磷酸化MLC。RhoRho激酶活化的病理过程所以,Rho激酶可通过直接磷酸化MLC及使MLCP失活两种途径调节MLC的磷酸化水平。Rho激酶激活后激酶激活后MLCP的活性的活性受到抑制,导致受到抑制,导致MLC磷酸化水磷酸化水平升高和平滑肌细胞收缩,内平升高和平滑肌细胞收缩,内皮细胞收缩皮细胞收缩,还有一个Rho激酶的作用底物
25、研究也较多:内皮源性一氧化氮合酶(endothelial NO synthase,eNOS)。目前研究认为组织缺血等可使Rho激酶活化,使eNOS下调,引起血管收缩,血流下降,内皮功能及屏障受损12-15。TBITBI后RhoRhoRockRock信号转导通路如何被激活并在神经源性炎症及神经再生修复中发挥作用的呢?我们认为,RhoRock信号转导通路的激活是一个级联反应过程信号转导通路的激活是一个级联反应过程。在静息状态下,Rho激酶的Rho结合结构域和PH结构域与Rho激酶的催化结构域相互作用,从而抑制了激酶的活性。Rho蛋白以活化的Rho-GTP形式和非活化的Rho-GDP形式两种状态存在
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