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()。SH-SY5Y细胞用100 n米采用实时定量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,A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,B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,B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).
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(C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C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(B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表达的影响对控制载体(pcDNA),以及控制siRNA和KLF11-siRNA转染细胞()。过度表达的KLF11(澳大利亚) (35)和siRNA-介导的KLF11击倒(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,抗体,车道2与车道1)。此外,在100 n后,这种效应进一步增强米地塞米松治疗后,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,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,抗体,车道4与车道2).
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(一),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和车道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(一),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(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,交流电,车道2与车道1)。然而,用100 n米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,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,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(B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(Bb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< 0.05Bb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(密件抄送,车道4与车道3和车道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()。KLF11 mRNA水平增加了约2.6倍(第页< 0.01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,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,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(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%(Bb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,Bb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。
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(一),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(一),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()。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,A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,A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,A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,A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(B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(26,36,39)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()。与p300共转染后,KLF11对MAO A的激活显著增加(,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。
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到车道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).
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到车道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)(,A类和B类)。如所示B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)。
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1,5,或9); #,第页与各组中的细胞(无GR)相比<0.02(车道7或11).
然而,转染KLF11并没有增加GRE含量的MAO A启动子活性(B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(B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(B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%(B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(B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(B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; 和第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()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,A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,B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(Bb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。
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,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,A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) (B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()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,澳大利亚)和~1.5倍(第页< 0.02,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,文学士)和~2倍(第页< 0.05,Bb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。
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)。
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(一)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,澳大利亚)和~1.7倍(第页< 0.03,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,文学士)和~2倍(第页< 0.04,Bb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。
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).一实时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.