Understanding the pathogenesis of nigral dopaminergic neurodegeneration is critical for developing mechanism-based treatments for Parkinson's disease (PD). In the nigral dopaminergic neurons of postmortem human PD brains, we found that CREB, a well-recognized pro-survival transcription factor in neurons, was inactivated by dephosphorylation at Ser133. CREB dephosphorylation correlated with decreased expression of NURR1, one of its target genes crucial for dopaminergic neuron survival, confirming that CREB function was impaired in nigral dopaminergic neurons in PD. An MPTP mouse model was used to further elucidate the mechanism underlying CREB dephosphorylation. Protein phosphatase 1 (PP1), which dephosphorylates CREB, was constitutively associated with histone deacetylase 1 (HDAC1). HDAC1 promotes CREB Ser133 dephosphorylation via a stable interaction with PP1. We found that CREB interacted with the HDAC1/PP1 complex during dopaminergic neurodegeneration. Importantly, increased CREB/HDAC1 interaction occurred in the nigral dopaminergic neurons of PD patients as demonstrated using a proximity ligation assay. Disrupting CREB/HDAC1 interaction via either overexpression of GAL4 M1, a CREB mutant, or administration of trichostatin A, a pan-HDAC inhibitor, restored the expression levels of phospho-CREB (Ser133) and NURR1, and protected nigral dopaminergic neurons in the MPTP-treated mouse brain. Collectively, our results demonstrated that HDAC1/PP1-mediated CREB inactivation contributed to dopaminergic neuronal degeneration. Disruption of CREB/HDAC1 interaction has the potential to be a new approach for PD therapy.

SIGNIFICANCE STATEMENT Parkinson's disease (PD) is the most common movement disorder attributed to the progressive loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. Understanding the pathogenesis of nigral dopaminergic neurodegeneration is critical for developing mechanism-based treatments for PD. We found in nigral dopaminergic neurons of postmortem human PD brains that CREB, a well-recognized pro-survival transcription factor in neurons, was inactivated by dephosphorylation at Ser133. HDAC1, constitutively associated with PP1, interacted with CREB to mediate its dephosphorylation during dopaminergic neurodegeneration. Disrupting CREB/HDAC1 interaction restored CREB activity and protected nigral dopaminergic neurons in the MPTP mouse brains. This work suggests that disruption of the CREB/HDAC1 interaction to restore CREB activity may be a potential therapeutic approach in PD.

了解黑质多巴胺能神经变性的发病机制对于开发基于机制的帕金森病 (PD) 治疗至关重要。在死后人类 PD 大脑的黑质多巴胺能神经元中，我们发现 CREB ​​是一种公认​​的神经元中的促存活转录因子，在 Ser133 位点被去磷酸化而失活。CREB ​​去磷酸化与 NURR1 的表达降低相关，NURR1 是其对多巴胺能神经元存活至关重要的靶基因之一，证实 CREB ​​功能在 PD 中的黑质多巴胺能神经元中受损。MPTP 小鼠模型用于进一步阐明 CREB ​​去磷酸化的机制。使 CREB ​​去磷酸化的蛋白磷酸酶 1 (PP1) 与组蛋白去乙酰化酶 1 (HDAC1) 组成性相关。HDAC1 通过与 PP1 的稳定相互作用促进 CREB ​​Ser133 去磷酸化。我们发现 CREB ​​在多巴胺能神经变性过程中与 HDAC1/PP1 复合物相互作用。重要的是，在 PD 患者的黑质多巴胺能神经元中发生了增加的 CREB/HDAC1 相互作用，如使用邻近结扎试验所证明的那样。通过过度表达 GAL4 M1（一种 CREB ​​突变体）或施用曲古抑菌素 A（一种泛 HDAC 抑制剂）破坏 CREB/HDAC1 相互作用，恢复磷酸化 CREB（Ser133）和 NURR1 的表达水平，并保护 MPTP 中的黑质多巴胺能神经元-处理过的小鼠大脑。总的来说，我们的研究结果表明，HDAC1/PP1 介导的 CREB ​​失活导致多巴胺能神经元变性。破坏 CREB/HDAC1 相互作用有可能成为 PD 治疗的新方法。我们发现 CREB ​​在多巴胺能神经变性过程中与 HDAC1/PP1 复合物相互作用。重要的是，在 PD 患者的黑质多巴胺能神经元中发生了增加的 CREB/HDAC1 相互作用，如使用邻近结扎试验所证明的那样。通过过度表达 GAL4 M1（一种 CREB ​​突变体）或施用曲古抑菌素 A（一种泛 HDAC 抑制剂）破坏 CREB/HDAC1 相互作用，恢复磷酸化 CREB（Ser133）和 NURR1 的表达水平，并保护 MPTP 中的黑质多巴胺能神经元-处理过的小鼠大脑。总的来说，我们的研究结果表明，HDAC1/PP1 介导的 CREB ​​失活导致多巴胺能神经元变性。破坏 CREB/HDAC1 相互作用有可能成为 PD 治疗的新方法。我们发现 CREB ​​在多巴胺能神经变性过程中与 HDAC1/PP1 复合物相互作用。重要的是，在 PD 患者的黑质多巴胺能神经元中发生了增加的 CREB/HDAC1 相互作用，如使用邻近结扎试验所证明的那样。通过过度表达 GAL4 M1（一种 CREB ​​突变体）或施用曲古抑菌素 A（一种泛 HDAC 抑制剂）破坏 CREB/HDAC1 相互作用，恢复磷酸化 CREB（Ser133）和 NURR1 的表达水平，并保护 MPTP 中的黑质多巴胺能神经元-处理过的小鼠大脑。总的来说，我们的研究结果表明，HDAC1/PP1 介导的 CREB ​​失活导致多巴胺能神经元变性。破坏 CREB/HDAC1 相互作用有可能成为 PD 治疗的新方法。重要的是，在 PD 患者的黑质多巴胺能神经元中发生了增加的 CREB/HDAC1 相互作用，如使用邻近结扎试验所证明的那样。通过过度表达 GAL4 M1（一种 CREB ​​突变体）或施用曲古抑菌素 A（一种泛 HDAC 抑制剂）破坏 CREB/HDAC1 相互作用，恢复磷酸化 CREB（Ser133）和 NURR1 的表达水平，并保护 MPTP 中的黑质多巴胺能神经元-处理过的小鼠大脑。总的来说，我们的研究结果表明，HDAC1/PP1 介导的 CREB ​​失活导致多巴胺能神经元变性。破坏 CREB/HDAC1 相互作用有可能成为 PD 治疗的新方法。重要的是，在 PD 患者的黑质多巴胺能神经元中发生了增加的 CREB/HDAC1 相互作用，如使用邻近结扎试验所证明的那样。通过过度表达 GAL4 M1（一种 CREB ​​突变体）或施用曲古抑菌素 A（一种泛 HDAC 抑制剂）破坏 CREB/HDAC1 相互作用，恢复磷酸化 CREB（Ser133）和 NURR1 的表达水平，并保护 MPTP 中的黑质多巴胺能神经元-处理过的小鼠大脑。总的来说，我们的研究结果表明，HDAC1/PP1 介导的 CREB ​​失活导致多巴胺能神经元变性。破坏 CREB/HDAC1 相互作用有可能成为 PD 治疗的新方法。通过过度表达 GAL4 M1（一种 CREB ​​突变体）或施用曲古抑菌素 A（一种泛 HDAC 抑制剂）破坏 CREB/HDAC1 相互作用，恢复磷酸化 CREB（Ser133）和 NURR1 的表达水平，并保护 MPTP 中的黑质多巴胺能神经元-处理过的小鼠大脑。总的来说，我们的研究结果表明，HDAC1/PP1 介导的 CREB ​​失活导致多巴胺能神经元变性。破坏 CREB/HDAC1 相互作用有可能成为 PD 治疗的新方法。通过过度表达 GAL4 M1（一种 CREB ​​突变体）或施用曲古抑菌素 A（一种泛 HDAC 抑制剂）破坏 CREB/HDAC1 相互作用，恢复磷酸化 CREB（Ser133）和 NURR1 的表达水平，并保护 MPTP 中的黑质多巴胺能神经元-处理过的小鼠大脑。总的来说，我们的研究结果表明，HDAC1/PP1 介导的 CREB ​​失活导致多巴胺能神经元变性。破坏 CREB/HDAC1 相互作用有可能成为 PD 治疗的新方法。我们的研究结果表明，HDAC1/PP1 介导的 CREB ​​失活导致多巴胺能神经元变性。破坏 CREB/HDAC1 相互作用有可能成为 PD 治疗的新方法。我们的研究结果表明，HDAC1/PP1 介导的 CREB ​​失活导致多巴胺能神经元变性。破坏 CREB/HDAC1 相互作用有可能成为 PD 治疗的新方法。

重要性声明帕金森病 (PD) 是最常见的运动障碍，归因于黑质中多巴胺能神经元的进行性丧失。了解黑质多巴胺能神经变性的发病机制对于开发基于机制的 PD 治疗至关重要。我们在死后人类 PD 大脑的黑质多巴胺能神经元中发现，CREB ​​是神经元中一种公认的促存活转录因子，在 Ser133 位点被去磷酸化而失活。HDAC1 与 PP1 组成性相关，与 CREB ​​相互作用以在多巴胺能神经变性期间介导其去磷酸化。破坏 CREB/HDAC1 相互作用可恢复 MPTP 小鼠大脑中的 CREB ​​活性并保护黑质多巴胺能神经元。