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生物化学杂志。2012年7月13日;287(29): 24195–24206.
2012年5月24日在线发布。 数字对象标识:10.1074/jbc。M112.373936号
预防性维修识别码:项目经理3397846
PMID:22628545

新型糖皮质激素-KLF11(TIEG2)蛋白通路在应激诱导单胺氧化酶a表达中的作用机制*

背景:KLF11/TIEG2在压力条件下的功能尚不明确。

结果:KLF11通过其启动子和染色质伴侣增加大脑MAO的表达,染色质伴侣可以通过应激增强。

结论:这是首次阐明应激诱导KLF11-MAO上调的机制。

意义:这种新的KLF11-MAO通路可能在应激相关脑疾病中发挥重要作用。

关键词:动物模型、慢性应激、基因敲除、基因转录、糖皮质激素、克鲁珀样因子(KLF)、神经母细胞瘤、血清素、单胺氧化酶A

摘要

慢性压力是包括抑郁障碍在内的精神疾病的风险因素,其特征是血糖皮质激素和脑单胺氧化酶a(MAO a,降解单胺神经递质)增加。本研究阐明了应激诱导的MAO A与抑制细胞生长的转录因子Kruppel-like factor 11(KLF11,也称为TIEG2,Sp/KLF-家族成员)之间的关系。我们报告:1)糖皮质激素(地塞米松)增加培养神经元细胞中KLF11 mRNA和蛋白水平;2) KLF11过表达增加MAO A mRNA水平和酶活性,糖皮质激素进一步增强了MAO A的mRNA和酶活性;相反,siRNA介导的KLF11敲低降低了糖皮质激素诱导的培养神经元中MAO A的表达;3) KLF11的诱导和KLF11从细胞质到细胞核的易位是导致MAO A催化活性和mRNA水平增加的关键调控机制,因为MAO A启动子通过Sp/KLF结合位点直接激活;4) 与野生型小鼠相比,KLF11基因敲除小鼠大脑皮层MAO A mRNA和催化活性降低;5)慢性社交失败应激可诱导大鼠血液中的糖皮质激素,并激活大鼠大脑中的KLF11通路,从而导致MAO A mRNA和酶活性增加。因此,本研究首次揭示了KLF11是一种MAO A调节因子,是在神经元应激反应中产生的,神经元应激转录激活MAO A。新的糖皮质激素-KLF11-MAO A通路可能在调节应激相关疾病的不同病理生理步骤中发挥关键作用。

关键词:动物模型、慢性应激、基因敲除、基因转录、糖皮质激素、克鲁珀样因子(KLF)、神经母细胞瘤、血清素、单胺氧化酶A

介绍

慢性应激会增加血液中的糖皮质激素水平(1——)和脑单胺氧化酶(MAO)A类(45)。单胺氧化酶(MAO)是脑和外周组织中普遍存在的催化酶(6)。作为两种结构不同的亚型,MAO A和MAO B都能降解单胺类神经递质并产生有毒副产物过氧化氢(7)。MAO A主要脱氧血清素、去甲肾上腺素和多巴胺,因此与几种精神疾病有关。患有抑郁症(包括重度抑郁症)的在世患者和死后人类受试者的大脑MAO A水平升高(8——12)以及产后抑郁症期间的母亲(13)支持生物胺失衡会影响情感状态的理论(1415)。这种相关性表明,MAOA是应激和抑郁的生化联系,这在临床研究中经常共存。人们越来越努力地理解应激诱导MAO A表达的机制(4516——18)。地塞米松是一种诱导细胞应激的合成糖皮质激素,已被证明能增加人类骨骼肌细胞中MAO a mRNA、蛋白质和酶的活性(19)增加大鼠中缝背核MAO A mRNA水平(20)。此外,地塞米松对神经母细胞瘤细胞的治疗表明,在MAO A启动子激活的MAO A转录中,糖皮质激素受体(GR)与糖皮质激素反应DNA元件(GRE)序列的激活和随后的结合(21)。除了远端启动子区域的三个一致的GRE外,MAO A的核心启动子还包含四个与MAO A转录激活有关的Sp/KLF结合位点(21)。Kruppel-like factor 11(KLF11)是转录因子Sp/KLF家族的成员,已被证明通过类似的Sp/KLF结合位点上调MAO B转录(22)。然而,KLF11可能参与MAO A转录激活尚未研究。KLF11也被称为转化生长因子β诱导型早期基因2(TIEG2)。由于其在新陈代谢中的作用,它目前更为人们所知。事实上,我们小组的出版物表明,KLF11(TIEG2)调节参与脂质、葡萄糖、前列腺素、神经递质和酒精/药物代谢的基因(23——25)。我们还发表了KLF11与三种类型的糖尿病(代谢性疾病)有关(26——28)。因此,如图所示,对应激激素(如糖皮质激素)如何影响KLF11的功能进行更深入的研究具有重要的生物医学意义。在这里,我们报道KLF11在应激诱导的MAO a表达中作为一种直接转录激活物。首先,用地塞米松处理的培养神经元细胞显示出KLF11表达和核转位增加,MAO A表达和活性增加。其次,地塞米松给药后MAO A的表达和活性受KLF11的影响,KLF11过度表达和敲除都表明了这一点。第三,地塞米松诱导的KLF11通过p300通路直接结合并激活MAO A的转录,与GR诱导的转录激活无关。第四,KLF11基因敲除小鼠大脑中MAO A表达降低。第五,慢性社会失败(CSD)应激大鼠的大脑中KLF11和MAO A水平升高,这是一种公认的抑郁症动物模型(29——31)。总之,这些发现表明KLF11是MAO a的直接激活剂,新的应激诱导的KLF11-MAO a通路可能调节与应激或抑郁障碍相关的行为特征。

实验程序

细胞系与大鼠初级皮层神经元

SH-SY5Y人神经母细胞瘤细胞系购自ATCC。细胞在补充有10%FBS的DMEM中培养。从Lonza(R-Cx-500)购买大鼠大脑皮层(E18,19)神经元细胞,并在poly-D类-带有PNGM的赖氨酸涂层板TM(TM)项目符号工具包TM(TM)介质应符合制造商的说明。培养~4天后,细胞接受或不接受100 n的处理如前所述,地塞米松48–72小时(213233).

mRNA提取和实时定量RT-PCR

采用TRIzol试剂(Invitrogen)从SH-SY5Y细胞和大鼠脑组织中提取RNA。使用SuperScript III第一链合成系统(Invitrogen)进行逆转录。如前所述,使用iCycler-MyiQ实时PCR检测系统(Bio-Rad)对结果cDNA进行定量(2234)。人、小鼠和大鼠的特异性引物设计如下:人MAO A,5′-CGTGACGGAGGTGATTTC-3′(正义)和5′-AAAAGGCCCCGAAAGG-3′(反义);人KLF11,5′-CCTGTGCGGATAAAGACCCCTCAC-3′(正)和5′-AAAGCGCAATCTGGTCTGGA-3′(反义);小鼠MAO A,5′-CCGCTCTTCCATGCCTCAA-3′(有义)和5′-CCCTTTGTACCCCTTGACTGAA-3’(反义);大鼠MAO A,5′-ACGCTCAGGAATGGGACAGAGAGAGAG-3′(正义)和5′-CCCCACACTGCCTCACATACA-3′(反义);大鼠KLF11,5′-CTCCTGTCAGGGCCGTGATGAC-3′(正义)和5′-GGGAACAGCCACACTG-3′(反义)。18S核糖体RNA引物用作内部对照(2234).

Western Blot分析

在放射免疫沉淀分析缓冲液(Sigma)中获得全细胞蛋白提取物,将裂解液在4°C(11500 rpm)下离心10 min,以造粒并清除细胞碎片。将每只动物的脑组织均匀化于含有1 m的0.5 ml溶液中EDTA,10米Tris-HCl和新鲜蛋白酶抑制剂(Sigma),并在4°C(3500 rpm)下离心10分钟。上清液储存在−80°C下。在10.5%SDS-PAGE凝胶中分离40微克总蛋白。转移后,用一级和二级抗体对膜进行检测。使用Quantity One分析软件将所有谱带强度归一化为β-actin谱带强度(823).

免疫荧光

细胞被镀在带有或不带有100 n的四孔室载玻片(Nalge)上地塞米松处理48小时。然后用4%多聚甲醛固定细胞,并与小鼠抗KLF11(1:1000)抗体在4°C下孵育过夜。与二级抗体孵育后,在4,6-二氨基-2-苯基吲哚(DAPI核染色,Vector Lab,Inc.)存在下用Vectashield将染色玻片固定(17).

KLF11和pcDNA稳定转染细胞系的建立(过表达KLF11)

细胞密度为106每10厘米培养皿中的细胞数。第二天,用SuperFect转染试剂(Qiagen,Inc)将KLF11表达载体或pcDNA 3.1对照载体转染到细胞中。24小时后,用抗生素Geneticin(G418600μg/ml)处理细胞。6天后将抗性克隆分离到单独的培养皿中,并在连续G418选择下培养(35).

siRNA-介导的Klf11基因敲除

根据制造商的协议,使用siPORT胺转染剂(Ambion)将人类KLF11(Santa Cruz)或大鼠KLF11的对照siRNA或KLF11 siRNA转染到SH-SY5Y细胞或大鼠初级皮层神经元。简单地说,将siPORT胺转染剂和Opti-MEM I培养基与每个siRNA混合10分钟,最终siRNA浓度为20 n每10厘米盘子。将siRNA·siPORT胺转染剂复合物直接添加到细胞培养基中(34).

MAO A催化活性测定

SH-SY5Y细胞、大鼠初级皮层神经元和动物脑组织在分析缓冲液(50 m磷酸钠缓冲液)。大约100μg总蛋白与100μg孵育[14C] 5-羟色胺在37°C的分析缓冲液中放置20分钟。通过添加100μl 6N HCl终止反应。然后用苯/乙酸乙酯萃取反应产物,并通过液体闪烁光谱测定其放射性(821).

瞬时转染和荧光素酶活性测定

KLF11与MAO A启动子的相互作用通过瞬时转染和使用以下荧光素酶报告基因构建物的荧光素素酶分析来确定:1)MAO A核心启动子的一段仅包含Sp/KLF结合位点,2)仅包含三个GRE的MAO A启动子(删除的Sp/KLF结合位点),或3)MAO A 2 kb启动子(包含Sp/KLF结合位点和GRE)(22)。这些MAO A启动子荧光素酶报告基因构建物与KLF11载体(或pcDNA3.1载体)共转染(22)和p300表达载体(28)按照制造商的协议,使用Superfect转染试剂(Qiagen)在SH-SY5Y细胞中(2122).

ChIP分析

将SH-SY5Y细胞(150 mm培养皿)用1%甲醛交联10 min,刮入含有蛋白酶抑制剂(Sigma)的PBS中,然后离心。然后将细胞重新悬浮在350μl裂解缓冲液中(1%十二烷基硫酸钠、10mm乙二胺四乙酸和50mm三羟甲基氯化钠(pH 8.1))。核蛋白-DNA复合物通过与抗KLF11抗体(与BioMag山羊抗鼠抗体)在4°C孵育过夜进行免疫沉淀。通过洗脱缓冲液(1%SDS和0.1 m NaHCO)从珠子中回收DNA)并如前所述通过实时PCR进行分析(22).

Klf11公司−/−老鼠

这个Klf11公司纯合敲除模型是在西雅图华盛顿大学采用标准同源重组技术使内源性基因失活后产生的Klf11公司胚胎干细胞中的基因,产生嵌合体,并分离携带敲除基因的克隆创建者(2836)。这种动物最初是在混合背景下产生的,随后被转移到梅奥动物设施,在那里它被杂交回纯C57BL/6背景,持续20多代,以产生本研究中使用的近交系。在所有的实验中,男性Klf11公司−/−将动物与年龄匹配的雄性进行比较Klf11公司+/+室友。

CSD实验

20只成年雄性Wistar大鼠(体重180–220克)可以免费享用Purina大鼠的食物和水。大鼠被关在温度和湿度控制的房间里的单独笼子里,以12:12小时的反向光/暗循环(1)。实验组诱发的慢性社会应激是基于最初的残余-内流范式(3738)。将每只大鼠(共10只)从家中转移到一个笼子里,笼子里放着10只雄性Long Evans“常驻”大鼠(重580-620克,Harlan)中的一只。3分钟内,入侵者遭到居民的攻击和击败,表现为僵硬的行为和顺从的姿势。然后立即将入侵者和居民分开,入侵者被关在居民笼子内的小塑料丝网隔间内1小时。随后,入侵器从小笼子中被释放回其居住地。在第1周内,每天重复一次,共4天;在第2周和第3周内重复2天,在第4周内重复4天。在第29天通过斩首处死大鼠(对照组和应激组)(1).

除应激暴露(CSD)外,对照组(10只)的维持和处理方式与社交失败大鼠相同。所有动物实验方案均按照动物实验道德准则执行,并由机构动物护理和使用委员会批准。

皮质酮水平的放射免疫测定

密西西比大学医学中心放射免疫分析实验室使用Coat-A-Count大鼠皮质酮试剂盒(加利福尼亚州洛杉矶市诊断产品公司)从断头大鼠中采集血液,以测定单个皮质酮水平(1).

血清素水平的HPLC测定

用含有0.1的0.5 ml溶液将大鼠脑组织(100 mg)在冰上均匀化高氯酸,0.3 mEDTA和0.01米抗坏血酸。所得匀浆在干冰上保存约10分钟,解冻,并在4°C下离心5分钟(12500 rpm)。然后用上清液测定血清素水平。

血清素通过HPLC分析进行分离,使用带有Waters 600泵/控制器、717自动采样器、Waters 2465电化学检测器的HPLC系统和带有保护柱和等度洗脱组合的PerkinElmer Life Sciences C18柱。流动相包含50 m无水柠檬酸,50 m醋酸钠,50 m氢氧化钠,EDTA,1 m辛基硫酸钠、7%甲醇和6%乙腈(pH 4.5)。每个样品注入10微升上清液。将所得颗粒溶解在0.1中氢氧化钠和蛋白质含量使用双钦酸试剂盒(Pierce Biotechnology,Inc)进行测定。Waters Millennium32软件用于编程泵流量、控制自动取样器、采集数据和分析。

统计分析

使用Student’s两组比较测试或方差分析,然后在比较两组以上时进行Bonferroni调整测试。值为第页<0.05被认为是显著的。

结果

糖皮质激素暴露激活人神经细胞中KLF11(TIEG2)的表达和核移位

转录激活和核移位都是KLF11基因激活的标志。因此,我们最初使用特征良好的脑源性SH-SY5Y细胞系作为培养系统,进行机制研究,以确定KLF11是否是糖皮质激素诱导基因(图1)。SH-SY5Y细胞用100 n采用实时定量RT-PCR检测48小时地塞米松(一种合成糖皮质激素)和KLF11 mRNA水平。KLF11表达增加约2.3倍(第页< 0.01,图1A类)地塞米松给药后观察到。如Western blot分析所检测到的,KLF11蛋白水平在全细胞裂解物中同样增加了1.8倍(第页< 0.05,图1B类车道2与车道1)地塞米松治疗后。此外,地塞米松使KLF11蛋白水平增加了3.3倍(第页< 0.01,图1B类车道4与车道3)在细胞核部分,表明KLF11易位到细胞核中以调节地塞米松诱导的靶基因调控,如MAO A。我们以前曾记录过地塞米森同样可以增加MAO A的表达和活性(21).

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地塞米松(一种合成糖皮质激素)对人类神经元细胞系(SH-SY5Y)中KLF11(TIEG2)水平和核移位的影响。用或不用地塞米松处理细胞(德克斯)如图所示,持续48小时或72小时。A类采用实时定量RT-PCR测定KLF11 mRNA水平。B类用Western blot分析检测细胞裂解物和核提取物中的KLF11蛋白水平。C类免疫荧光显微镜检测核KLF11蛋白表达。吉隆坡11(红色)和核能(蓝色,在DAPI存在下安装)染色和两者的叠加。此外,用免疫荧光显微镜分析核和细胞溶质KLF11的相对分布,用图像分析软件(SlideBook)定量,并表示为各组在正确的.单元格编号(n个)为每组显示。

接下来,我们观察了KLF11向细胞核的移位(图1C类)地塞米松治疗后使用免疫荧光法。使用图像分析软件(SlideBook)半定量核和细胞溶质KLF11的相对分布,并表示为核与细胞溶质的比率。如所示图1C类,未经治疗的对照组细胞核与胞浆的比值为1:3.75,地塞米松治疗组为1:1.18(第页<0.01),表明地塞米松显著增加KLF11核转位至少3倍,这与Western blot分析一致(图1B类)。这些结果首次确定了KLF11对皮质类固醇治疗的诱导性胞质-核穿梭,证明了KLF111在细胞核定位的动态调节,这可能是这种重要的Kruppel-like转录因子对靶基因进行应激诱导调节的基础。

KLF11介导碱性和地塞米松诱导的MAO A mRNA水平和酶活性

尽管KLF11已被证明上调MAO B转录(22),其对MAO A的作用尚不清楚。解决这个问题具有重要的医学意义,因为MAO亚型都参与疾病,并且是精神治疗的靶点。因此,我们在稳定转染KLF11的SH-SY5Y细胞的mRNA和蛋白水平上量化了KLF11对MAO A表达的影响控制载体(pcDNA),以及控制siRNA和KLF11-siRNA转染细胞(图2)。过度表达的KLF11(图2澳大利亚) (35)和siRNA-介导的KLF11击倒(图2文学士) (34)经Western blot分析证实。我们发现,与pcDNA转染细胞相比,KLF11-转染样品中MAO A mRNA水平显著增加~2倍(第页< 0.02,图2抗体车道2与车道1)。此外,在100 n后,这种效应进一步增强地塞米松治疗后,KLF11过表达细胞的MAO a mRNA水平比对照组增加了4.2倍(第页< 0.02,图2抗体车道4与车道3). 因此,与未经处理的KLF11过表达细胞相比,KLF11过度表达显著放大了地塞米松诱导的MAO A mRNA水平增加4倍(第页< 0.05,图2抗体车道4与车道2).

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KLF11(TIEG2)对人神经母细胞瘤细胞MAO A mRNA和催化活性的影响。 A类、KLF11蛋白水平(),MAO A mRNA(b条)和催化活性水平(c(c))分别通过Western blot分析、定量实时RT-PCR和酶活性测定测定KLF11-过度表达的SH-SY5Y细胞(含或不含地塞米松)(德克斯)治疗。数据表示为相对于对照的倍数增加。*,第页<0.02或**,第页各组与对照组相比<0.05(例如,抗体车道2与车道1车道4与车道3).交流电第页<0.05(显示在顶部)KLF11-过表达组之间的比较(车道4与车道2).B类、KLF11蛋白水平(),MAO A mRNA(b条)和催化活性(c(c))分别通过Western blot分析、定量实时RT-PCR和酶活性测定测定了在使用或不使用Dex处理的KLF11-敲除(siRNA)细胞中的水平。数据表示为相对于对照组的折叠变化。*,第页<0.02或**,第页各组与对照组相比<0.05(Bb公司车道4与车道3).

我们通过分析MAO A在KLF11-过表达细胞中的催化活性来补充这项研究(图2交流电)。稳态条件下MAO A活性的测量表明,与对照细胞相比,增加了约40%(第页< 0.05,图2交流电车道2与车道1)。然而,用100 n地塞米松进一步增加了MAO A活性,因为KLF11-过表达细胞的MAO A催化活性是对照细胞的两倍(第页< 0.02,图2交流电车道4与车道3)。与未经地塞米松处理的KLF11-过表达细胞相比,地塞米森诱导的MAO A催化活性增加显著增加2倍(第页< 0.05,图2交流电车道4与车道2)。为了更好地确定KLF11在基础和地塞米松诱导的MAO A调节中的作用,用KLF11-siRNA处理细胞以耗尽内源性KLF11,并与用对照siRNA处理的细胞进行比较(图2B类)。在没有地塞米松治疗的情况下,KLF11 siRNA转染的细胞中MAO A mRNA水平与对照细胞相比没有变化(图2Bb公司车道2与车道1)。然而,与对照siRNA处理细胞相比,地塞米松诱导的KLF11 siRNA转染细胞中MAO A mRNA水平降低了约30%(第页< 0.05图2Bb公司车道4与车道3)。此外,与对照siRNA转染细胞相比,KLF11 siRNA-转染细胞在有或无地塞米松暴露的情况下,MAO A酶活性没有显著改变(图2密件抄送车道4与车道3车道2与车道1)。因此,这些联合实验使用一个特征明确的细胞模型来研究SH-SY5Y细胞的应激反应,证明KLF11在mRNA、蛋白质和酶活性水平上介导皮质类固醇诱导的MAO a上调。

随后,我们检查了该途径在原代神经元细胞培养中是否有效。我们发现,糖皮质激素-KLF11-MAO A通路在大鼠初级皮质神经元中被激活,激活方式与细胞系模型中观察到的方式类似(图3)。KLF11 mRNA水平增加了约2.6倍(第页< 0.01图3澳大利亚)地塞米松给药后。经此治疗后,大鼠初级皮层神经元细胞裂解液中KLF11蛋白水平加倍(第页< 0.02,图3抗体车道2与车道1),并且核KLF11水平增加了3倍以上(第页< 0.01,车道4与车道3)。此外,MAO A的催化活性随着处理的进行而显著提高(第页< 0.01,图3交流电车道2与车道1)。另一方面,KLF11 siRNA处理大鼠初级皮质神经元耗尽内源性KLF11(图3文学士)。未经地塞米松处理,KLF11 siRNA转染细胞中MAO A mRNA水平与对照细胞相比下降了33%(图3Bb公司车道2与车道1第页< 0.05). 与对照siRNA处理细胞相比,地塞米松诱导的KLF11 siRNA转染细胞中MAO A mRNA水平降低了约47%(第页< 0.05,图2Bb公司车道4与车道3第页< 0.01). 此外,MAO A酶活性降低了~27%(3密件抄送车道2与车道1第页<0.08)未经地塞米松治疗,甚至减少(约36%,车道4与车道3第页与对照siRNA-转染细胞相比,暴露于地塞米松的KLF11敲除细胞<0.05)。这些结果表明,地塞米松对大鼠初级皮质神经元的作用大于对SH-SY5Y细胞系的作用。我们的数据还表明,KLF11参与地塞米松诱导的MAO A转录激活。

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KLF11(TIEG2)对大鼠初级皮层神经元MAO A mRNA和催化活性的影响。 A类、KLF11蛋白水平(),mRNA(b条)和MAO A(c(c))通过Western blot分析、定量实时RT-PCR和酶活性测定分别测定了添加或不添加地塞米松的大鼠初级皮层神经元的催化活性水平(德克斯)治疗。数据表示为相对于对照的倍数增加。B类、KLF11蛋白水平(),MAO A mRNA(b条)和MAO A(c(c))分别通过Western blot分析、定量实时RT-PCR和酶活性测定测定siRNA-介导的KLF11敲低大鼠初级皮层神经元(无论是否给予Dex治疗)后的催化活性水平。数据表示为相对于对照组的折叠变化。*,第页<0.02或**,第页各组与对照组比较<0.05。

在启动子水平激活MAO a转录的p300-KLF11通路的鉴定

为了确定KLF11-诱导的MAO A mRNA增加是否是启动子激活的结果,我们评估了荧光素酶报告基因载体上游连接的MAO A-启动子片段构建的荧光素素酶报告子的活性(图4)。用MAO A-荧光素酶报告子构建物和KLF11或对照载体(pcDNA3.1)瞬时共转染细胞。地塞米松暴露增加了荧光素酶活性,这表明MAO A启动子活性是未处理对照细胞的1.8倍(第页< 0.05,图4A类车道2与车道1)。KLF11过表达增加了荧光素酶活性/MAO A启动子活性(第页< 0.05,图4A类车道3与车道1)。与未处理的对照细胞相比,用地塞米松处理的KLF11共转染细胞中MAO A启动子的激活增加了约3.4倍(第页< 0.01,图4A类车道4与车道1)。与未经地塞米松处理的转染细胞相比,地塞米森处理KLF11共转染细胞后,MAO A启动子活性也增加了约1.8倍(第页< 0.02,图4A类车道4与车道3)。本研究通过ChIP分析进行补充,以确定MAO A启动子是否是KLF11的直接靶点体内事实上,我们的结果表明地塞米松显著增加了KLF11向MAO A核心启动子的募集,该启动子包含Sp/KLF结合位点(图4B类)这表明MAO A启动子的激活至少部分通过KLF11募集发生。然而,KLF11如何与不同的染色质重塑机器结合来调节该基因尚不清楚。组蛋白乙酰转移酶(HAT),如p300,已被证明与KLF11和其他KLF转录因子偶联以调节不同细胞系统中的转录(263639)然而,对于这些HAT在中枢神经系统中的作用知之甚少。p300对MAO A的潜在调节具有重要的临床意义,因为该基因突变的患者(Rubinstein-Taybi综合征)会受到严重精神疾病的影响(40)和其他中枢神经系统异常(41)。因此,我们利用MAO A启动子荧光素酶报告子与p300和KLF11表达结构的瞬时共转染来研究p300对KLF11-MAO A通路的影响(图5)。与p300共转染后,KLF11对MAO A的激活显著增加(图5车道4与车道2,第页<0.01),表明该HAT增强了KLF11介导的MAO A转录激活。因此,这些结果结合我们的其他细胞生物学研究,勾勒出一条由糖皮质激素启动并通过KLF11通过p300依赖机制结合和激活MAO A的新途径。

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KLF11(TIEG2)通过与包含Sp/KLF结合位点的MAO A核心启动子区域的相互作用激活MAO A基因表达(从−245 bp到−14 bp)。 A类瞬时转染和荧光素酶检测。将MAO A 2-kb启动子荧光素酶报告基因和KLF11表达构建物(或空对照载体,pcDNA3.1)与地塞米松或不地塞米森共同转染细胞(德克斯)按照指示进行处理。然后测定荧光素酶活性。*,第页<0.01和**,第页与对照组相比<0.05(车道1).第页<0.02(显示在顶部)比较车道4车道3。B类、ChIP分析。KLF11与MAO A核心启动子或MAO A的5′-无关区的结合体内通过ChIP分析测定,然后使用SH-SY5Y细胞进行定量实时RT-PCR。MAO A启动子的示意图如顶部面板指出了含有核心启动子(−245 bp至−14 bp)和5′-无关位点(−1666至−1542 bp)的实时PCR靶向区域用于阴性对照。KLF11与MAO A核心启动子或5′-无关位点的关联显示在底部面板。测定输入样品、KLF11 ChIP分析和阴性对照之间的相对差异。这些值表示为输入百分比(平均值±S.D.),其中DNA交联输入样本为100%,来自三个独立实验的三份副本样本(22)。KLF11与MAO A天然启动子中的Sp1结合位点结合,地塞米松可增强这种结合(车道4与车道3; *,第页< 0.005).

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组蛋白乙酰转移酶p300对KLF11(TIEG2)诱导的MAO a转录活性的影响通过瞬时转染和荧光素酶分析测定。细胞与MAO A 2-kb启动子荧光素酶报告基因、KLF11表达结构(或空对照载体,pcDNA3.1)和野生型p300表达结构共同转染。培养48小时后,收集细胞,然后分析荧光素酶活性。*,第页< 0.02 (车道2与车道1);第页<0.01(显示在顶部)比较车道4车道2.

Sp/KLF结合位点和GREs对地塞米松诱导的MAO A启动子活性的独立贡献

为了阐明糖皮质激素诱导MAO A表达的其他机制,地塞米松对MAO A核心启动子(仅包含假定的Sp/KLF结合位点)、MAO A启动子(只包含三个GRE)的影响通过瞬时转染和荧光素酶分析独立评估缺失的Sp/KLF结合位点和MAO A 2-kb启动子(包含Sp/KLF结合位点及GREs)(图6A类B类)。如所示图6B类,地塞米松暴露使Sp/KLF11-介导的MAO A核心启动子活性活化增加50%(车道3与车道2,第页<0.05)和MAO A启动子含有三个GREs 2倍活性(车道7与6;第页<0.05)。

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Sp/KLF结合位点和GREs对糖皮质激素诱导的MAO A活性的影响。 A类,人类MAO A 2-kb启动子的图示,包括Sp/KLF结合位点和GREs。B类,MAO A启动子活性通过瞬时转染和荧光素酶分析在转染MAO A核心启动子的SH-SY5Y细胞中测定(仅包含Sp/KLF结合位点,1–4车道),MAO仅含有三个GRE的启动子(车道5-8),或MAO A 2-kb启动子(包含Sp/KLF结合位点和GRE,9–12车道)含或不含地塞米松的KLF11表达载体(德克斯)和/或GR.*,第页< 0.05; **,第页< 0.01; ***,第页与各组的基础对照相比,<0.001(车道15,或9); #,第页与各组中的细胞(无GR)相比<0.02(车道711).

然而,转染KLF11并没有增加GRE含量的MAO A启动子活性(图6B类车道6与车道5)进一步支持KLF11通过Sp/KLF结合位点调控MAO A基因表达。GR转染使地塞米松诱导的GRE启动子活性增加2.0倍(图6B类车道8与车道7,第页<0.02)。相反,GR的加入并没有显著增加MAO A核心启动子的活性(图6B类车道4与车道3).

此外,当用MAO A 2-kb启动子(包含Sp/KLF结合位点和三个GRE)转染细胞并用地塞米松处理后,2-kb的启动子活性增加了80%(图6B类11号车道对10号车道。第页< 0.05). GR转染后,MAO A 2-kb启动子活性比单用地塞米松处理的细胞增加了2.0倍(图6B类第12车道与第11车道第页<0.02),与仅含有Sp/KLF结合位点的MAO A启动子相比,也显示出加性效应(第12车道与第4车道)或仅GRE(第12车道与第8车道)。这些结果表明,Sp/KLF位点和GRE都独立存在以激活MAO A表达,尽管在数量上,GRE诱导的MAO A的表达是通过GRE而不是通过Sp/KLF结合位点调节的(图6B类第8车道与第7车道第页< 0.02;第12车道与第11车道第页< 0.02; 第12车道与第4车道第页< 0.02).

KLF11基因敲除小鼠MAO A mRNA水平和酶活性降低

为了验证KLF11作为MAO a基因表达的一种新型转录激活物的重要性,我们研究了在携带KLF11灭活种系的小鼠中该途径是否有效(Klf11公司−/−小鼠)。MAO A mRNA水平和催化活性均在Klf11公司−/−小鼠和与Klf11公司+/+室友(图7)与表达野生型KLF11的小鼠相比,KLF11基因敲除小鼠的MAO A mRNA水平降低了43%(第页< 0.05,图7A类)。与野生型相比,敲除小鼠大脑皮层中MAO A的酶活性降低了26%(第页<0.07时,图7B类)。这些数据共同提供了体内KLF11作为中枢神经系统中MAO A基因表达上游转录激活物的作用证据。这些发现也与siRNA耗尽内源性KLF11导致MAO A mRNA水平降低的大鼠初级皮层神经元的研究一致(图3Bb公司车道2与车道1第页<0.05)和MAO A酶活性水平(密件抄送车道2与车道1第页<0.08)未经地塞米松治疗。

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KLF11(TIEG2)基因敲除小鼠大脑中的MAO A活性。MAO A mRNA(A类)和MAO A催化活性水平(B类)分别通过实时RT-PCR和酶活性测定对基因敲除后大脑皮层进行评估(Klf11公司−/−)和野生型(Klf11公司+/+)雄性小鼠。数据代表8只雄性小鼠的平均值±S.E(n个=8)每组。

CSD应激时糖皮质激素-KLF11-MAO A通路的激活

先前的研究已经充分证明,CSD应激的许多影响主要通过皮质类固醇(大鼠体内的糖皮质激素)进行,使该模型成为一个最佳工具,以验证新的KLF11-MAO A通路在模拟抑郁和其他压力相关情绪障碍患者常见的心理社会压力的条件下是否有效。为此,对大鼠进行CSD应激,并测量MAO A RNA和蛋白质水平。为了证实CSD应激是有效的,我们测定了这些大鼠的血皮质酮(糖皮质激素)水平。如所示图8,CSD应激处理大鼠的血清皮质酮水平比未处理大鼠升高了约2.8倍(第页< 0.002,图8A类)。因为MAO A氧化了血清素,所以还测定了大脑中血清素的水平。正如预期的那样,两个皮层的血清素水平都显著下降(下降了29%,第页<0.001)和丘脑(45%,第页< 0.03) (图8B类)CSD治疗组大鼠与相应对照组大鼠的比较。总之,这些结果表明,CSD应激的生化和生理参数在我们的动物模型系统中得到了再现。因此,使用该验证模型,我们测量了对照组和CSD大鼠大脑皮层和丘脑MAO A的mRNA和活性水平(图9)我们的结果表明,与对照组相比,CSD大鼠前额叶皮质中MAO A mRNA的表达和催化活性显著增加,约为对照组的3.2倍(第页< 0.01,图9澳大利亚)和~1.5倍(第页< 0.02,图9抗体)分别位于皮层。同样,MAO A mRNA和催化活性增加了3倍(第页< 0.02,图9文学士)和~2倍(第页< 0.05,图8Bb公司)分别在暴露于CSD应激的大鼠大脑丘脑中。因此,CSD诱导的慢性应激增加了大鼠大脑皮层和丘脑中MAO A基因的表达和酶活性。

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慢性社会应激对大鼠暴露于CSD应激(抑郁动物模型)28天后的血皮质酮(糖皮质激素)和脑血清素水平的影响。 A类用放射免疫法测定血皮质酮水平。B类用高效液相色谱法测定大鼠皮层或丘脑中的5-羟色胺水平。数据表示10只大鼠的平均值±S.E(n个=10)。

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与未暴露的对照大鼠相比,慢性社会应激对CSD应激大鼠(抑郁动物模型)脑组织中MAO A mRNA和催化(酶)活性的影响。应激大鼠暴露于CSD 28天。大脑皮层的MAO A水平(A类)或大脑丘脑(B类)通过定量实时RT-PCR(MAO A mRNA水平)测定()并通过酶活性测定(用于MAO A催化活性水平)(b条)分别是。数据表示10只大鼠的平均值±S.E(n个=10)。

CSD应激大鼠大脑皮层和丘脑中转录因子KLF11(TIEG2)的表达显著增加

由于MAO表达的变化依赖于某些转录因子的活性,我们推断在应激条件下一个关键的调节蛋白可能会发生改变。为了研究CSD增加MAO A是否是由于KLF11水平的变化,我们分别通过定量实时RT-PCR和Western blot分析测定了KLF11的mRNA和蛋白水平。如所示图10与对照组相比,CSD应激大鼠皮层中KLF11 mRNA和蛋白水平升高了约3.5倍(第页< 0.005,图10澳大利亚)和~1.7倍(第页< 0.03,图10抗体)分别是。正如预期的那样,大脑丘脑中的KLF11 mRNA和蛋白质水平也增加了约3倍(第页< 0.01,图10文学士)和~2倍(第页< 0.04,图10Bb公司)分别与未暴露的对照大鼠进行比较。因此,这些结果与我们的在体外使用分离的神经元细胞系和原代培养进行的研究有助于确定糖皮质激素-KLF11-MAO A通路的激活在大脑皮层和丘脑中起作用,并在模拟人类慢性社会应激的条件下激活。

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慢性社会应激对CSD应激28天后大鼠脑组织中KLF11(TIEG2)水平的影响(抑郁动物模型)。从大脑皮层测定KLF11水平(A类)或大脑丘脑(B类).实时RT-PCR定量KLF11 mRNA水平。b条KLF11的定量Western blot分析。每个KLF11带通过其相对强度进行评估,并归一化为β-肌动蛋白的密度。三个未经治疗的对照组和三只应激大鼠的代表性蛋白质印迹分析显示在底板.

讨论

MAO A水平和活性的异常与许多精神疾病有关(8——134243)。探索MAO A表达和酶功能调控的分子基础至关重要。通过细胞应激下相关细胞培养系统、KLF11-缺陷小鼠模型和抑郁大鼠模型(CSD应激产生)的数据,本研究报告了应激诱导的新途径,即KLF11-p300介导的MAO a表达激活。

我们首先发现MAO A和KLF11表达水平呈正相关。地塞米松暴露进一步增强MAO A活性,这与KLF11表达增加相关。ChIP分析结果表明,这种上调是通过KLF11优先结合MAO A核心启动子内的Sp/KLF顺式调节位点而发生的,触发p300介导的染色质重塑和启动子激活。

我们的数据表明,KLF11和GR分别通过Sp/KLF结合位点和GRE参与糖皮质激素诱导的MAO A活化。KLF11和GR的这些独立但冗余的MAO A转录激活途径可确保糖皮质激素水平升高时更快和/或更大的激活(GR介导),也可确保MAO A表达的长期维持(KLF11介导)一旦糖皮质激素水平在暴露于慢性社会压力期间下降。需要进一步研究,以充分了解此前馈回路的动力学。

在暴露于CSD应激的大鼠中,该研究记录了血清皮质酮(糖皮质激素)水平的显著增加以及MAO A和KLF11表达的增加,支持了以下结果:在体外实验。考虑到KLF11除了如图所示的MAO a外,还调节着大量参与不同过程的靶基因,如新陈代谢、细胞周期和凋亡,这一发现意味着应激和应激激素可以改变基因网络的表达模式,从而导致细胞发生根本性变化。

地塞米松诱导的KLF11核转位促进其靶基因的激活,进一步证实了我们的模型。值得注意的是,KLF11转位到细胞核与多功能蛋白GAPDH的核转位平行,GAPDH与细胞凋亡有关(4445)。KLF11已被证明在核内与GAPDH相关,并通过GAPDH-KLF11-MAO B级联促进神经元细胞变性和死亡(2334)。这种相互作用也可能发生在细胞溶质中,类似于泛素连接酶Siah1和GAPDH的复合物(4546)。像Siah1一样,KLF11也包含一个假定的易位信号,可能促进GAPDH核易位。KLF11基因敲除小鼠(Klf11公司−/−)进一步用于研究MAO A mRNA和催化活性,支持KLF11在MAO A上调中的实质性作用。这些发现与KLF11敲除后初级皮质神经元与对照组相比MAO A表达下降一致(图3)。有趣的是,暴露地塞米松后,MAO A表达的差异很容易放大。因此,未来需要研究CSD应激对KLF11基因敲除小鼠的影响。与野生型小鼠相比,KLF11基因敲除小鼠暴露于慢性社会应激下,MAO A诱导减少。

此外,CSD慢性应激大鼠模型和地塞米松处理的细胞中KLF11增加和MAO A升高的结果一致(14)验证了应激介导的KLF11上调MAO A在慢性生物应激和抑郁中的重要性,因为它与其他最近发表的以大鼠或小鼠CSD应激范式作为抑郁模型的研究结果相类似(129——31).

总之,我们的研究在从细胞到实验室啮齿动物的模型中使用了相关的细胞和分子方法,表明KLF11(TIEG2)是MAO a基因表达的一种新型转录激活剂。我们已经证明,应激增加KLF11的表达并诱导其核移位体内在体外并有助于增加MAO A的表达。因此,未来对MAOA及其转录因子相互作用的研究可以为新的心理治疗提供见解。最后,我们证明了KLF11与HAT p300结合以调节MAO a。这一认识,再加上HAT抑制剂已经在临床试验的晚期阶段存在,表明可以通过药理学方法操纵该转录途径的活性来对抗应激相关疾病,如抑郁症。

*这项工作全部或部分得到了国立卫生研究院拨款DK 52913(发给R.U.)和国立酒精滥用和酒精中毒研究所拨款R01AA020103(发给X.O.)的支持。这项工作还得到了公共卫生服务拨款P20 RR 017701(给C.A.S.)、国家精神分裂症和抑郁症研究联盟(给J.H.M.和X.O.)、加拿大卫生研究院(给P.R.A.和J.H..M.)、,密西西比大学医学中心向J.W.和X.O.提供内部研究支持。J.H.M.已经申请了一项专利,使用MAO方法来诊断或识别重度抑郁症的亚型。他曾与葛兰素史克、百时美施贵宝、伦德贝克、SK生命科学和Eli-Lilly获得运营拨款支持/咨询。

使用的缩写如下:

单胺氧化酶
希腊
糖皮质激素受体
GRE(希腊)
糖皮质激素反应DNA元件
千磅/平方英尺
类克鲁珀因子
CSD公司
长期的社会失败
帽子
组蛋白乙酰转移酶。

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文章来自生物化学杂志由以下人员提供美国生物化学和分子生物学学会