SPG7有关新闻

因原文内容过多并较为复杂，以下文字为作品原文的结论直译

在此手稿中，我们显示出有缺陷的截瘫会导致线粒体基质中SIRT3的数量增加，从而导致CypD（mPTP的关键正调节剂）脱乙酰化。由于脱乙酰化的CypD与OSCP结合的亲和力较低，因此mPTP打开的可能性降低，进而导致神经末梢Ca2+稳态的受损，从而影响神经递质的释放。mPTP开放缺陷被Bz-挽救，Bz-是一种小分子，通过与OSCP的相同位点结合来模仿CypD的作用。这种药理学旁路可防止缺乏截瘫活性的有害作用，并使体外的突触反应和体内的运动障碍正常化。这些结果也清楚地证明了mPTP闪烁事件的生理作用，以及它们在调节神经末梢Ca2+瞬变中的重要性。

线粒体参与神经退行性疾病的发生和发展的分子机制越来越多，这归因于细胞器所执行的关键功能，包括维持和保护神经元生命的ATP合成和Ca2+体内稳态[78]。线粒体是高度分隔的细胞器，在每个隔室中都有多种蛋白质质量控制系统。特别地，内膜的基质侧被m-AAA络合物主动巡逻。

在人线粒体中，AFG3L2和截瘫可组装形成AFG3L2均聚物和AFG3L2截瘫异质m-AAA复合物。当突变，这些配合物因两个不同的神经变性疾病（SCA28和SPG7）通过分别针对特定神经元群体，即，浦肯野细胞和运动神经元上，[4，13，16]。这些疾病的神经元特异性的基础可能在于两种m-AAA复合物的底物和/或功能的精确差异，尽管AFG3L2突变会影响均聚物和杂聚物。

对线粒体的Ca2+单向转运体MCU的组件的具体作用已被分配到米通过调节亚基EMRE[的蛋白酶控制-AAA79，80]，主要是由于AFG3L2亚基。

在这里，我们表明SPG7的内在致病机制源于截瘫功能的丧失，其通过SIRT3介导的防御程序的激活而进行，并导致生理性mPTP开口减少，进而导致突触囊泡管理不善，继而无效。突触刺激。

已经提出了截瘫和mPTP开放之间的可能联系[81[82]。随后的工作，但是，已经证明，M-AAA蛋白酶的线粒体的Ca的正确组装必需2+单向转运体[79，80[82]，这表明米-AAA效应可能是间接的。此外，mPTP不受SPG7基因操作的影响，排除了其直接参与mPTP的形成[83]。

我们的CRC实验通过显示缺乏截瘫的细胞在打开mPTP之前可以耐受较大的线粒体Ca2+负载，从而肯定了这种联系。过去，重点一直放在确定mPTP持久打开的条件和效果上[84]，这是与线粒体基质溶质和包括细胞色素c在内的膜蛋白释放相关的事件，最终可能导致细胞死亡。因此，已经致力于寻找mPTP抑制剂来治疗心肌梗塞，局部缺血-再灌注损伤，肌营养不良，多发性硬化/EAE[78]，[85]。

但是，也有人提出，mPTP的瞬时打开（闪烁）可通过为线粒体提供快速释放Ca2+的有效途径而在细胞Ca2+体内稳态中起作用，这一假说得到越来越多的证据的支持[32]，[86]，[87]。如果必须暂时将mPTP的这种短暂开放与线粒体同化，则鉴于它们对ROS的共同敏感性[55]，[88]，[89]有待研究。

在这里，我们首次证明了由于SPG7基因的突变，暂时性开孔受损是神经退行性病变的致病事件。实际上，通过以高时空分辨率评估线粒体TMRM荧光的相关变化引起的mPTP闪烁，我们发现SPG7敲除细胞以及携带不同截瘫突变的患者的成纤维细胞显示出mPTP瞬时开放的倾向降低。考虑到每个单个开孔事件离开线粒体的TMRM分子的数量以及单个瞬态中涉及的细胞器区域，这是显而易见的。SPG7中闪烁事件的频率和大小减少了突变体通过催化活性截瘫的表达被完全还原。

非SPG7HSP细胞没有显示出相同的显着差异，因此表明截瘫对mPTP具有特定的调节作用。值得注意的是，mPTP开放的抑制剂能够在正常细胞表型模拟SPG7功能障碍，而增感剂mPTP的BZ-[28]，[42]显著改善mPTP开放的动态SPG7缺陷细胞。SPG7小鼠模型的可用性使我们能够测试mPTP的发生及其在神经元培养物中的动力学，神经元培养是解决痉挛性截瘫的致病机制的相关模型。Spg7-/-类似于SPG7患者的成纤维细胞，皮质神经元显示mPTP的开放性缺陷，并通过Bz-治疗再次恢复至正常水平。

Bz-最初是在筛选能够选择性杀死自身反应性B淋巴细胞的分子中鉴定的[90]。出乎意料的是，在噬菌体展示文库的无偏性筛选中，目标被识别为线粒体ATP合酶[42]。Bz-与ATP合酶的OSCP亚基相互作用，导致对该酶的部分抑制。相互作用导致构象变化，扰乱了OSCP和催化F1区段之间的界面，破坏了后者与ATP合酶外围茎之间的通讯[91]。。当前讨论的重点是Bz-在OSCP上与mPTP诱导剂CypD共享相同的结合位点。就像CypD一样，它使mPTP对Ca2+敏感，从而充当毛孔激动剂[28]，[92]。在这里，我们提供了直接的证据，即活细胞中的Bz-将mPTP闪烁的重新激活恢复到正常水平，因此毫无疑问，神经元信号的拯救是由于mPTP的重新激活。这一发现证明了生理性mPTP开放对于神经元中Ca2+稳态的关键作用。

高能量需求的神经元细胞将其大部分能量消耗用于突触传递，尤其是在突触前末期，在那里线粒体是确保为Ca2+处理和突触囊泡动力学提供充足ATP的关键因素[93]，[94]。截瘫的丧失对新皮层文化的整体无扰动有明显的影响。如MEA实验所见，Spg7-/-神经元表现出网络猝发频率的显着降低以及更长的猝发，这都表明在没有截瘫的情况下网络动力学的深刻重排。

突触小泡动力学清楚地显示Spg7-/-神经元的内吞作用和胞吐功能缺陷持续减少。自发EPSC幅度的减小证实了囊泡动力学的损害，这也解释了在MEA处网络突发频率降低的原因。由于突触小泡周期受胞质Ca2+浓度严格控制，因此小泡循环似乎高度依赖于线粒体功能。实际上，突触前线粒体可以迅速吸收Ca2+，从而降低突触小泡释放的可能性，从而促进神经刺激后神经传递的恢复。因此，我们假设突触前与mPTP相关的Ca2+阵发性影响阵发性活动并限制阵发性活动后囊泡释放。再次，Bz-突变神经元培养物的预处理消除了突变损伤。

值得注意的是，在通过4-AP过度刺激突触活动后，对照的自发EPSC频率减半，而在Spg7-/-皮质神经元中，对照的EPSC频率保持不变并高于对照。我们设想，通过突触过度刺激，与截瘫患者缺陷相关的mPTP的开放性倾向会产生较高的线粒体内Ca2+浓度，这最终限制了细胞器Ca2+缓冲的能力，并使局部较高的Ca2+浓度成为可能。在突触前末梢到达，正在积极研究一个有效的假设。

为了更好地区分截瘫相关缺陷的突触前和突触后成分，我们研究了TTX在Na+通道抑制下的mEPSC事件。所述Spg7-/-平均mEPSC振幅是类似于控制，这反驳了突触后响应的主要改变的。相反，Spg7-/-皮质神经元中较高的mEPSC频率再次表明，干扰的mPTP调节会导致突触前末端的较高稳态游离Ca2+水平，从而有利于囊泡释放。与其他几个参数一样，Bz-恢复Spg7-/-mEPSC频率。

由于部分突触抑制，Spg7-/-突触前突触末端的强大且反复的激活将产生较小的自发EPSC电流。这种解释与通过线粒体Ca2+吸收的药理学抑制而获得的结果一致，线粒体对Ca2+的吸收通过耗尽可用的突触小泡池来加速突触抑制[94]，[95]。我们对FM1-43的研究结果表明，这些影响可能伴随着囊泡回收功效的降低。

为了弥合截瘫患者和mPTP之间的机械缺口，mPTP已被确定为ATP合酶的构象体[92]，我们研究了CypD并发现其乙酰化形式急剧减少，这是促使mPTP开放的活性物种[71]。。事实上，脱乙酰基酶SIRT3[71]，[72]量被增加SPG7/--HEK细胞，在所有SPG7患者的成纤维细胞和在Spg7-/-皮质神经元。

我们先前曾报道SPG7患者的成纤维细胞在正常的对照条件下表现出暴露于过氧化氢时对氧化损伤的敏感性增加[9]。同样，我们在这里证明了在基础条件下，SPG7突变细胞显示出正常水平的ROS。因此，我们认为截瘫患者功能的缺乏会导致蛋白稳态压力和复杂的I活性降低[9]，从而产生ROS，该ROS被涉及快速SIRT3活化的一般抗氧化剂程序所抵消[72]，然后增加了SOD2和过氧化氢酶[74]。。确实，在SPG7中-/-siRNA抑制SIRT3后，SOD2和过氧化氢酶的HEK细胞均增加，恢复到正常水平。值得注意的是，截瘫的表达而不是蛋白酶的失活形式不能使SPG7突变细胞中的SIRT3表达正常化。这表明，SIRT3是善意一个截瘫的衬底，或截瘫的蛋白酶活性是用于调节SIRT3的水平，如通过SIRT3的截瘫依赖生物素化，并支持在没有截瘫的增加SIRT3半衰期是必不可少的。

SIRT3在线粒体中还具有其他重要的功能作用，并通过使Krebs循环，氨基酸代谢和电子转移链的关键蛋白脱乙酰基而充当代谢应激调节剂[73]，[96]，[97]，[98]。我们提出，截瘫患者的缺失或突变会导致SIRT3的上调，从而迅速降低ROS的水平并维持继发于蛋白稳态失调的代谢适应。在SPG7突变体线粒体中，紧急情况驱动的SIRT3的增加不能被截瘫控制，并且SIRT3相关的防御程序仍处于“开启”状态。

尽管活化的抗氧化剂系统可以有效地使SPG7突变细胞中的ROS紧急状态正常化（至少在基础条件下），但高水平的SIRT3活性会导致CypD脱乙酰化，最后导致mPTP的开放倾向降低，这转化为罕见的闪烁的事件。因此，我们得出的结论是，在SPG7细胞中缺乏截瘫对SIRT3蛋白的调节，维持了影响mPTP的SIRT3组成型高水平。

将mPTP与SPG7疾病机制功能性连接的新颖性使mPTP调节成为SPG7治疗的前瞻性策略。Bz-在消除SPG7小鼠模型的运动障碍中的功效提出了mPTP开放诱导物可以代表缓解特定线粒体疾病的药理方法。确实，Bz-给药可以恢复mPTP的生理开放，从而绕过SIRT3增加的有害作用，并且还显示出对神经炎症的积极作用。

如图形摘要所示，所有这些结果首次表明，通过Ca2+管理，通过控制突触前末端的突触囊泡动力学，生理性暂时性mPTP开口可作为神经通讯的重要调节剂。截瘫突变对涉及CypD脱乙酰化的回路的突触传递有不利影响。最重要的是，我们可以用Bz-重新激活mPTP活性，通过在动物模型中完全拯救SPG7运动障碍，它在体内也是有效的。因此，这组发现为治疗SPG7痉挛性截瘫提供了新的治疗途径。

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