自噬是细胞降解聚集或错叠的蛋白、衰老或损伤的细胞器的机制，其紊乱会导致神经退行性疾病和肿瘤等多种疾病。自噬的一个主要功能是清理维持细胞，这在终极分化而不能再分裂增殖的神经细胞中尤为重要。关于细胞质内钙离子对自噬和神经退行性疾病的影响，文献证据有矛盾，机制不明。Calcineurin (CaN)是钙离子信号下游唯一的丝氨酸/苏氨酸磷酸酯酶，在神经细胞的分化和功能的维持上起着重要的作用，但在细胞自噬和神经退行性疾病中的作用和机制也不明了。我们的初步研究表明活化的CaN抑制细胞自噬，增加亨廷顿毒蛋白的积累，加重神经退行性疾病。本项目拟深入研究阐明钙离子和CaN在细胞自噬和神经退行性疾病过程中的作用及机理，特别是CaN在其中的调控作用及分子机制，加深对细胞自噬和神经退行性疾病调控机理的理解，为干预细胞自噬、治疗神经退行性疾病及药物研发提供新的科学依据和治疗靶点。

Autophagy is a cellular process that degrades aggregates of misfolded proteins and damaged organelles. Autophagy disorders can cause a variety of diseases, such as neurodegenerative diseases and cancer. The main function of autophagy is housekeeping, which is particularly important in nerve cells since they are terminally-differentiated cells which can not proliferate. Calcineurin is a unique serine/threonine phosphatase downstrem of calcium signal, which plays an important role in the differentiation and functions of nerve cells as well as many other systems and processes. The roles and mechanisms of calcium and Calcineurin in autophagy and neurodegenerative diseases are unclear and controversial. Results of our preliminary study suggest that raising the cytoplasmic calcium concentration or activating Calcineurin strongly inhibits autophagy and increases accumulation of Huntington toxic protein leading to aggravation of the disease. In this proposed research project, we seek to further determine and characterize the roles and elucidate the mechanisms of calcium and Calcineurin in autophagy and neurodegenerative diseases, particularly the molecular mechanism by which Calcineurin regulates autophagy and neurodegenerative diseases. These will advance the understanding of the processes and regulation of autophagy and neurodegenerative pathogenesis, and provide new scientific basis and targets for autophagy, treatment of neurodegenerative diseases, and development of new drugs.

自噬是细胞降解聚集或错叠的蛋白、衰老或损伤的细胞器的机制，其紊乱会导致神经退行性疾病和肿瘤等多种疾病。自噬的一个主要功能是清理维持细胞，这在终极分化而不能再分裂增殖的神经细胞中尤为重要。关于细胞质内钙离子对自噬和神经退行性疾病的影响，文献证据有矛盾，机制不明。Calcineurin (CaN)是钙离子信号下游唯一的丝氨酸/苏氨酸磷酸酯酶，在神经细胞的分化和功能的维持上起着重要的作用，但在细胞自噬和神经退行性疾病中的作用和机制也不明了。本研究揭示细胞钙离子和CaN通过控制Bcl-2磷酸化和Bcl-2/Beclin1相互作用对细胞自噬负调控，进而影响神经退行性疾病。通过药物诱导钙离子浓度提高，过表达CaN或者表达截短型CnA激活CaN，促使CaN结合并去磷酸化Bcl-2，Bcl-2结合Beclin1导致细胞自噬被抑制以及神经退行性蛋白聚集的清除被抑制；反之，降低钙离子浓度，抑制CaN或者敲降CnB则具有相反的作用，能缓解汉庭顿和帕金森疾病的进程。抑制CaN可阻断提升钙离子浓度的效果；组成型地活化CaN则可逆转降低钙离子浓度的效果。本研究结果揭示了CaN在调控细胞自噬和神经退行性疾病中新的功能作用及其信号通路；阐明了调控细胞自噬和神经退行性疾病的新机制；为干预细胞自噬和治疗神经退行性疾病及药物研发提供了科学依据、潜在靶点和有益的启示。 另外，我们还开展了与本课题相关的研究工作。1) 钙离子和CaN调控肿瘤细胞凋亡的作用及机制研究，在进展中。2) CaN通过NF45/90蛋白复合物调控T细胞活化的机制研究，在进展中。【注：请求国家自然科学基金委在2019年12月以后才向社会公布本结题/成果报告】清华大学黄来强