An Investigation on the Pathogenic Mechanism of Spinocerebellar Ataxia Type 3 Using Transgenic Mice Expressing Mutant Polyglutamine Ataxin-3 (I)

第三型脊髓小腦性運動失調症(Spinocerebellar ataxia type 3;SCA3)或麥克多喬瑟夫疾病是第三型運動失調質(ataxin-3)之基因突變所導致的遺傳型顯性神經病變，CAG 核酸序列之增長進而增加第三型運動失調質內麩酸胺( glutamine)數目是引起此疾病的突變模式。正常第三型運動失調質在C-terminus 含有12- 41 個麩酸胺，引起第三型脊髓小腦性運動失調症的突變第三型運動失調質在C-terminus 卻含有62- 84 個麩酸胺。第三型運動失調質表現於腦部中很多部位，但突變多麩酸胺性第三型運動失調質只引起脊髓、小腦、紋狀體、黑質神經核及腦幹部分神經核的神經元之死亡。第三型脊髓小腦性運動失調症之主要症狀是小腦性運動失調症，周圍神經麻痺，錐體性與外錐體性運動障礙。一般認為麩酸胺數目之增加改變第三型運動失調質的構造特性，進而使突變第三型運動失調質具有神經元毒害性。國內外最常見的脊髓小腦性運動失調症是第三亞型，但關於突變第三型運動失調質引起神經元功能異常及死亡之發病機轉仍需要進一步的研究及瞭解。最近我們利用大白鼠之小腦、紋狀體及黑質神經核的培養神經元(cultured neurons)探討突變多麩酸胺第三型運動失調質引起腦部神經元死亡的分子機轉。雖然離體細胞模式(in vitro cellular model)被廣泛地用於研究腦部疾病之病理機轉，但仍需要進一步以活體動物實驗證實由培養神經元得到的重要發現。因為活體動物模式(in vivo animal model)是研究人類遺傳型神經系統疾病的最佳工具，我們已成功地培養表現突變多麩酸胺性第三型運動失調質的SCA3 基因轉殖鼠，這些轉殖鼠呈現類似人類第三型脊髓小腦性運動失調症的諸多運動功能異常之症狀，因此這些轉殖鼠很適合被用於研究第三型脊髓小腦性運動失調症的發病機轉。我們在本計畫中將利用表現突變第三型運動失調質的SCA3 基因轉殖鼠針對下列主題進行研究: (1) 我們最近的研究首次發現突變多麩酸胺第三型運動失調質經由增加Bax 表現及抑制Bcl-xL 表現，進而活化由粒線體主導之caspase 路徑並且引起培養小腦、紋狀體及黑質神經核神經元的細胞凋亡(apoptosis)。因此我們將利用SCA3 基因轉殖鼠探討突變多麩酸胺第三型運動失調質是否在活體動物也以相同的分子機轉引起腦部神經元的細胞凋亡。(2)近年來研究認為突變多麩酸胺蛋白質進入細胞核是造成腦神經元病變的最重要步驟，進而破壞正常基因轉錄及導致腦神經元功能異常與死亡。因此我們將探討細胞核是否是突變第三型運動失調質引起神經元死亡的細胞內作用位置，也將利用寡核.酸微陣列技術(microarray technique)探討SCA3基因轉殖鼠之小腦基因的表現變化。(3) 第三型脊髓小腦性運動失調症的病理機轉包括早期之神經元功能異常與晚期之神經元死亡，神經元功能異常是引起臨床症狀的主因之一，因此我們必須瞭解突變第三型運動失調質引起神經元功能失常的分子機轉。本計畫將利用SCA3 基因轉殖鼠的腦切片探討突變多麩酸胺第三型運動失調質經由改變小腦神經元的電生理特性與細胞內鈣離子濃度變化導致功能異常的可能性。(4)依據第三型脊髓小腦性運動失調症的可能病理機轉，一些化合物也許抑制突變第三型運動失調質引起的神經元病變，因此我們將利用SCA3 基因轉殖鼠測試這些化合物的可能治療效果。本計畫的實驗結果不僅會使我們瞭解第三型脊髓小腦性運動失調症的致病機轉，也可被用於發展第三型脊髓小腦性運動失調症的治療方法。

Project ID:PC9408-1382
External Project ID:NSC94-2320-B182-020