The mechanism of tau degradation in relation to diurnal changes of chaperone proteins
- 주제(키워드) Tauopathy , tau disaggregation , tau degradation , Hsp70 , circadian rhythm , Bmal1
- 주제(DDC) 570
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 박선아
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 의생명과학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032075
- 본문언어 영어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
Circadian disruption is frequently observed in patients suffering from a neurodegenerative disorder, such as Alzheimer’s disease or frontotemporal dementia. In reverse, circadian disruption is regarded as a potential risk faction for the development of neurodegenerations. However, the precise mechanism underlying between neurodegeneration and circadian rhythm is not fully understood yet. In this study, we found that circadian rhythm was disrupted in P301S mutant human tau transgenic mice (P301S mice). Tau fractionation analysis of the hippocampus revealed that fluctuations in soluble and insoluble tau protein levels were in opposite directions to each other according to zeitgeber time (ZT). Interestingly, a diurnal oscillation was detected in the heat shock 70 kDa protein 1A (Hsp70) chaperone that was in-phase with soluble tau but out-of-phase with insoluble tau, suggesting that it could contribute to the ZT-related alteration of tau status. In addition, overexpression of Bmal1 in HEK293T cells markedly induced the tau degradation and it was attenuated by the knockdown of HSF1, an upstream transcription factor of Hsp70, as well as by the knockdown of Hsp70, suggesting that Bmal1 could modulate tau protein via its cooperation with HSF1-Hsp70 axis. Furthermore, overexpression of Hsp70 reduced the tau protein levels, like Bmal1, and inhibition of autophagy and proteasome effectively inhibited the tau degradation by Bmal1 and Hsp70. Moreover, the fractionation analysis demonstrated autophagy and proteasome inhibitors attenuated the reduction of soluble tau protein by Hsp70, but not of insoluble tau, suggesting that Hsp70 induced tau disaggregation prior to its degradation. Taken together, these results suggest that in an experimental model of tau pathology, upregulation of Hsp70 by the Bmal1-HSF1 could induce the disaggregation of tau and consequent its degradation by autophagy and proteasome pathway. Also, these findings suggest that Hsp70 could be a possible pathogenic link between circadian disruption and tau pathology and that the involvement of Bmal1 in the upregulation of Hsp70 to solve pathologic tau could be the possible reason for the disruption of circadian oscillation in the tau pathology model.
more초록/요약
일주기리듬(circadian rhythm) 장애는 알츠하이머병이나 전두엽성 치매와 같은 신경퇴행성 질환을 앓고 있는 환자에게서 자주 관찰된다. 반대로, 일주기 장애는 퇴행성 신경 장애를 악화시키는 잠재적 요소로 간주된다. 그러나, 일주기 리듬의 변화와 퇴행성 신경 장애 간의 연관성을 설명할 수 있는 근본적인 메커니즘은 명확하게 밝혀진 바가 없다. 본 연구에서는 P301S 돌연변이 인간 타우 발현 마우스 모델(P301S 마우스)에서 일주기 리듬이 교란되는 것을 발견했다. 해마(hippocampus)의 타우 분획 분석(fractionation analysis)은 용해성(soluble) 타우 단백질 수준과 불용성(insoluble) 타우 단백질 수준의 변동이 ZT (Zeitzeber time)에 따라 서로 반대 방향임을 밝혀냈다. 흥미롭게도, 샤페론(chaperon) 단백질인 Hsp70의 발현양상이 용해성 타우와 동상이면서 동시에 불용성 타우와 반대 방향으로 변화하는 주행성 진동을 보였다. 이는 Hsp70가 타우 단백질의 ZT-관련 상태(status)변화에 기여할 수 있음을 시사했다. 또한, HEK293T 세포를 이용한 Bmal1 기능분석에서, Bmal1이 수용성 및 불용성 타우의 단백질 수치를 그게 감소시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 이는 Hsp70의 상류의 전사 인자인 HSF1의 knockdown과 Hsp70의 knockdown에 의해 저해되었으며, Bmal1이 HSF1-Hsp70과의 협력을 통해 타우 단백질을 조절할 수 있음을 시사하였다. Bmal1 과발현 결과와 마찬가지로, Hsp70 과발현 역시 타우 단백질을 감소시켰고, 오토파지 및 프로테아좀의 억제는 Bmal1과 Hsp70에 의한 타우 분해를 효과적으로 억제했다. 또한, 타우 단백질의 분획 분석을 통해 타우 단백질이 분해 되기 전에 Hsp70에 의한 타우의 탈응집(disassembly)이 선행된다는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 타우병리(tauopathy)의 실험 모델에서 Bmal1-HSF1에 의한 Hsp70의 상향조절이 타우의 탈응집을 유도하고 오토파지 및 프로테아좀 경로에 의한 타우의 분해를 초래할 수 있음을 시사한다. 또한, 이러한 연구 결과는 Hsp70이 일주기 장애와 타우병리 사이의 가능한 연결고리가 될 수 있으며, 병리학적 타우를 해결하기 위한 Hsp70의 상향 조절에 Bmal1이 관여하는 것이 타우병리 모델에서 일주기 장애의 가능한 이유가 될 수 있음을 시사한다.
more목차
I. INTRODUCTION 1
II. MATERIALS AND METHODS 9
A. Chemicals and antibodies 9
B. Constructs 9
C. Animals 11
D. Cell culture 12
E. Transfection 12
F. Tissue & Cell sample preparation 13
G. Immunoblot analysis 14
H. Immunohistochemistry 14
I. Immunocytochemistry 15
J. Reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) 16
K. Statistical analysis 17
III. RESULTS 18
1. Circadian rhythm was disrupted in P301S mutant human tau transgenic mice 18
2. Circadian disruption was observed also in the cortex and hippocampus of P301S tau transgenic mice 23
3. The status of pathologic tau was altered according to ZT 29
4. Oscillations of tau solubility was relevant to the chaperon Hsp70 protein 32
5. Bmal1 modulated tau status and stability via Hsp70 upregulation 37
6. Hsp70 was involved in the modulation of tau status and stability 43
IV. DISCUSSION 51
V. REFERENCES 59
