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临床投资杂志。2013年6月3日;123(6): 2719–2729.
2013年5月15日在线发布。 数字对象标识:10.1172/JCI66737
PMCID公司:下午368844
PMID:23676464

拉明B1介导脑白质营养不良的细胞自主神经病理学小鼠模型

关联数据

补充资料

摘要

成人常染色体显性遗传性脑白质营养不良(ADLD)是一种进行性和致命性疾病以早期自主神经功能障碍、认知功能障碍为特征的神经系统疾病损伤、锥体束和小脑功能障碍以及白质丢失中枢神经系统。ADLD是由LMNB1型导致层粘连蛋白B1转录物和蛋白表达增加的基因。怎么复制LMNB1型导致髓鞘缺损的原因尚不清楚。收件人地址这个问题,我们建立了一个过度表达层粘连蛋白B1的ADLD小鼠模型。这些小鼠表现出认知障碍和癫痫,其次是年龄依赖性运动赤字。层粘连蛋白B1在少突胶质细胞中的选择性过表达也导致明显的运动缺陷和髓鞘缺陷,表明这些缺陷是细胞自治。蛋白质组学和全基因组转录组研究表明,层粘连蛋白B1过度表达与蛋白脂质蛋白的下调有关丰富的髓鞘成分,以前与另一种髓鞘相关疾病,Pelizaeus-Merzbacher病。此外,我们发现层粘连蛋白B1过度表达导致阴阳1转录因子在蛋白质脂质蛋白启动子区。这些研究确定了一种机制层粘连蛋白B1过度表达介导少突胶质细胞自主性ADLD的神经病理学和层粘连蛋白B1作为髓磷脂的重要调节因子老化期间的形成和维护。

介绍

髓鞘缺陷是两种常见的散发性神经系统疾病的特征,例如多发性硬化症和罕见的遗传病,如成人型常染色体显性白质营养不良(ADLD)。罕见遗传性疾病的病理特征与常见综合征往往揭示了常见疾病的关键特征。白细胞营养不良症是一种罕见的、通常是遗传性的异质性疾病以白质病变为特征。ADLD是一种渐进性和致命性神经系统疾病通常在生命的第四个十年或第五个十年发病的疾病。ADLD是以早期自主神经功能障碍和认知障碍为特征,其次是锥体束和小脑损伤以及脑白质丢失脊髓磁共振成像。ADLD常被误诊为慢性渐进性MS在其初始阶段。ADLD是由LMNB1型导致层粘连蛋白B1转录物和蛋白质增加的基因表达式(1). 层粘连蛋白B1之间的联系过度表达和脱髓鞘尚不清楚。提高对ADLD的理解发病机制有望为更常见的散发性白人提供见解物质病理学。

髓磷脂是由少突胶质细胞在周围神经系统中的中枢神经系统和雪旺细胞(2). 髓鞘包裹轴突,导致轴突大量增加电导。髓鞘缺陷破坏轴突功能并导致轴突变性,虽然确切的机制尚不清楚(2).几种蛋白质,如髓磷脂碱性蛋白、髓磷脂相关糖蛋白和蛋白脂质蛋白(PLP),要么局限于髓鞘,要么高度富集于髓鞘薄膜(). X连锁突变产品生命周期1编码PLP的基因,PLP是中枢神经系统髓鞘中最丰富的蛋白质鞘,引起Pelizaeus-Merzbacher病(PMD),另一种罕见的脑白质营养不良(4). 中的突变产品生命周期1最终导致髓鞘中PLP的丢失或减少。PMD患者和啮齿动物PMD模型显示白质丢失和轴突变性,表明髓鞘-轴突单元的完整性对PLP缺陷高度敏感(58).

层粘连蛋白是内核膜的中间丝蛋白分布在整个核质中。哺乳动物有两种主要的层粘连蛋白类型,层粘连A和B.A型层粘连蛋白来源于LMNA公司通过替代品的基因剪接产生2种亚型A和C。B型层压板B1和B2由不同的基因(LMNB1型LMNB2型) (9,10). 这个核纹层与一系列人类疾病有关,统称为椎板病(11,12). 核纹层具有许多功能,包括染色质对接位点、基因表达调控和核稳定性(13,14).已知拉明B1可以维持核完整性并调节转录调控(1517).

我们现在报告了一种BAC介导的转基因方法,用于产生BAC转基因小鼠ADLD模型(最小1生物活性炭). 这种方法具有以下优点表达全长层粘连蛋白B1小鼠同源物(最小1)在内源性层粘连蛋白B1启动子和调控序列的控制。最小1生物活性炭小鼠重述了ADLD公司。此外,我们产生了一系列过度表达最小1在特定的中枢神经系统细胞谱系中。我们的研究结果表明少突胶质细胞中的过度表达对于组织病理学的开始是足够的,ADLD的分子和行为缺陷特征。与ADLD一样,成年动物的病理生理效应变得明显,并随着年龄。使用最小1生物活性炭以小鼠为起点转录组和蛋白质组分析,我们发现PLP在这些动物和阴阳1(YY1)的转录占有率激活器第1页(18),是减少。这些结果提供了层粘连蛋白B1过度表达与PLP之间的潜在联系下调监管。总之,我们的发现揭示了一种有效的体内模型,用于研究衰老和遗传易感性如何导致髓磷脂缺陷并产生毁灭性影响健康和行为。

结果

ADLD小鼠模型的生成。

为了研究层粘连蛋白B1在ADLD中过度表达的病理生理机制,我们培育了携带额外小鼠WT层粘连B1拷贝的BAC转基因小鼠(最小1生物活性炭). 维护监管属性内源性的最小1基因,我们利用了大的基因组片段包含整个最小1BAC内的基因座。基因组插入包含最小1(图(图1A)1A)从小鼠BAC基因组文库中分离得到。我们产生了2株BAC转基因株包含不同数量的整数最小1轨迹。我们表演了Western blot和实时定量PCR分析层粘连蛋白B1的表达(qRT-PCR)来自12个月大的半脑最小1生物活性炭动物。蛋白质印迹分析最小1生物活性炭转基因动物表现出大约高出4倍(1号线)和2.5倍(2号线)与WT窝友相比的表达(图(图1,1、B和C)。与蛋白质表达结果一致在第1行中也发现了转录水平;最小1mRNA显示相比之下,约3.5倍(第1行)和1.5倍(第2行)高表达带WT(图(图1D)。1D) ●●●●。因此,所有在最高表达品系1号品系上进行以下实验。两者都有具有层粘连蛋白B1重复的转基因株系出生时健康且无差异来自控制室友。2号生产线进展缓慢,发病较晚表型与1号品系比较。2号线未出现任何异常病理12个月大。

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的生成最小1生物活性炭老鼠。

(A类)BAC RP23-460J18克隆(RPCI)基因组插入图文库,C57BL/6J),用于产生增加剂量的层粘连蛋白B1小鼠(最小1生物活性炭老鼠)。基因组插入为177.20-kb长,包含整个最小1轨迹。黑框表示层粘连蛋白B1编码序列和浅灰色线条表示BAC向量(pBACe3.6)序列。显示了用于检测转基因的引物(T7侧:F1R1;SP6侧:F2、R2)。(B类)代表性的Western blot半脑裂解物中的层粘连蛋白B1和α-微管蛋白最小1生物活性炭品系和12个月龄的WT小鼠。(C类)Western blot的量化标准化为α-微管蛋白。(D类)层粘连蛋白B1转录水平的qRT-PCR根据相应的GAPDH标准化最小1生物活性炭老鼠半人脑。误差条代表4个独立的平均值±SEM实验。

ADLD小鼠模型表现出认知障碍和年龄依赖性运动赤字。

ADLD患者存在认知和运动障碍。我们表演了莫里斯水迷宫(MWM)和被动回避(PA)任务最小1生物活性炭和WT小鼠评估认知损伤12个月龄时,加速旋转和平衡梁测量12岁时的运动缺陷24个月大。MWM是测试空间记忆的既定范例啮齿类动物(1921).最小1生物活性炭老鼠与WT相比,MWM分析显示出明显的空间记忆缺陷控制。WT小鼠对平台所在的目标象限表现出偏好与其他象限相比,位于训练期间(图(图2A),2A) 表明他们记住了平台的位置。相反,最小1生物活性炭老鼠是受损,与其他人相比,在目标象限没有花费更多时间(图(图2A)。2A) ●●●●。虚拟平台分析探针测试中的交叉显示,野生动物表现出明显的偏好用于目标平台位置(图(图2B)。非选择性2B) ●●●●。目标平台的非选择性偏好最小1生物活性炭老鼠表示他们不记得隐藏平台的位置和空间记忆保持能力受损(图(图2B)。2B) ●●●●。最小1生物活性炭WT动物在可见平台测试中表现同样出色等速,证明最小1生物活性炭动物没有视力受损,他们的线索参考记忆和游泳受损(数据未显示)。与这些发现一致,最小1生物活性炭小鼠在逐步完成PA任务,反映长期空间联想学习和恐惧对厌恶经历的记忆。WT但不是最小1生物活性炭小鼠为了躲避光和跨过,潜伏期显著增加前一天他们受到电击的黑暗房间(P(P)<0.01)(图(图2C)。2C) ●●●●。这表明最小1生物活性炭老鼠有与12个月大的WT小鼠相比,空间联想记忆缺陷。期间在训练中,穿过暗室的潜伏期在基因型,表明所有小鼠都表现出相同程度的自发厌恶到灯光。总之,这些研究表明最小1生物活性炭老鼠。

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ADLD小鼠模型表现出认知和运动缺陷。

最小1生物活性炭和WT小鼠的行为测试评估MWM和PA测试中的空间和恐惧记忆以及旋转和平衡梁试验。(A类B类)最小1生物活性炭小鼠表现出空间记忆缺陷12个月大时在MWM中。(A类)最小1生物活性炭小鼠在目标象限和(B类)相比之下,站台区域的交叉口更少在探针试验期间与WT一起。(C类)最小1生物活性炭老鼠没能回忆起一个讨厌的东西前一天进行PA测试的经验有所减少与12个月大的WT小鼠相比,单步穿越潜伏期。酒吧指出训练日进入黑暗隔间的平均延迟时间(白色)和24小时后的保留日(黑色)。(D类F类)电机逐渐退化中的函数最小1生物活性炭小鼠与WT小鼠相比,(D类)最小1生物活性炭老鼠在上面花的时间更少所有8个试验中24个月龄的加速旋转试验与WT相比(E类)最小1生物活性炭老鼠12岁时通过5毫米宽平衡木的延迟时间增加个月,24个月时逐渐恶化。(F类)最小1生物活性炭老鼠的后肢也增加了与WT控制相比,滑动。数值表示为平均值±SEM。n个=每个基因型组10–14个*P(P)< 0.05; **P(P)< 0.01; ***P(P)<0.001.

最小1生物活性炭动物表现出2种不同的渐进性运动障碍运动任务、加速旋转木马和平衡木。

加速旋转木马在12个月时未检测到明显的运动损伤中的年龄最小1生物活性炭小鼠与野生型相比。然而月龄,最小1生物活性炭老鼠无法继续活动与WT对应物一样长的旋翼机(图(图2D)。2D) ●●●●。平衡木,通常是一种更敏感的步态测试12个月时检测到步态缺陷,并发展到24个月大。最小1生物活性炭小鼠表现出潜伏期和数量增加后肢滑动以穿过直径为5 mm的42 cm横梁(图(图2,2E和F)。这些数据共同表明年龄依赖性运动障碍最小1生物活性炭动物。

拉明B1过度表达导致ADLD小鼠癫痫发作。

最近的研究报告了一些髓磷脂疾病患者的癫痫,包括MS和遗传性脑白质营养不良,如PMD(22,23). 一些小鼠模型脑白质营养不良表现为癫痫(24). 此外,一些ADLD患者出现癫痫症状(未发表的观察,Eric Huang)。我们观察到最小1生物活性炭动物,从全身痉挛和震颤到全身阵挛活动性乏力和尾巴伸展。为了证实这些观察结果,我们使用脑电图记录。皮层脑电图记录显示频繁的自发癫痫活动,包括癫痫样放电和癫痫发作最小1生物活性炭小鼠,但不在WT对照组中。代表24小时录音的2分30秒的记录显示最小1生物活性炭老鼠,但不是WT老鼠,表现频繁左右半球的顶间棘(箭头)(图(图3A)。A) ●●●●。最小1生物活性炭老鼠发作间期棘波数量增加了约20倍与WT小鼠相比(图(图3B)。B) ●●●●。给定一个戊四唑(PTZ)(一种GABA)的亚惊厥剂量A类受体敌手,最小1生物活性炭动物更容易受到与WT对照组相比,PTZ诱导的癫痫发作。九分之七最小1生物活性炭动物在5到7天内出现癫痫发作与9只野生动物中只有1只相比,给药时间为分钟(图(图3C)。C) ●●●●。这些发现表明层粘连蛋白B1过度表达诱导异常的脑网络活动,如神经元超同步性和超兴奋性,使动物易患癫痫。

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拉明B1过度表达导致癫痫发作。

大脑顶叶皮层自发脑电图活动最小1生物活性炭并记录WT小鼠24小时。(A类)左右半球的脑电图记录,分别显示了一个过度表达lamin的代表性转基因小鼠B1(顶部记录道)或WT控制(底部记录道)。箭头标记间歇峰值。(B类)24小时间歇峰的量化记录表明在最小1生物活性炭特别是小鼠。n个=每个基因型组10只动物。(C类)直方图量化百分比服用30 mg/kg PTZ后动物被抓。n个=每个基因型组9只动物。数值表示为平均值±SEM。*P(P)< 0.05.

层粘连蛋白B1过度表达导致髓鞘形成异常,轴突变性和脱髓鞘。

为了研究层粘连蛋白B1的过度表达是否与髓磷脂病理学相关,我们用电子显微镜检查12个月和24个月大婴儿的髓鞘完整性最小1生物活性炭和WT小鼠。因为病理学研究显示ADLD患者锥体束白质损失最大(25),我们对脑桥脑区的锥体束。尽管这些超微结构分析没有确定由g评估的12个月大的动物的整体脱髓鞘比率(内轴突直径与总外径之间的比率[图[图4,4,A和B]),他们确实确定了然而,与WT对照组相比,脱髓鞘减少了24个月(图(图4,4、C和D)。超微结构分析显示各种异常结构,通常以外折为主,髓鞘的延伸和内陷。髓鞘异常环由同一有髓轴突内的多个环组成,这可能导致从单个内折的逆行反转,因为可以看到轴突物质内部和外部折叠件之间的间隙中(图(图4,4、F和G,12个月大的动物;图4H,4H、 24个月大最小1生物活性炭动物)。在WT小鼠中未发现这些形态异常(图(图4,412月龄和24月龄的动物,分别)。除了髓鞘异常外,轴突与WT对照组相比,该水平明显更高(图(图4,4、I和J,12个月大的动物;图4,4,M和N,24个月大的动物)。此外,多髓鞘纤维(图(图4,4、K和L,12个月大的动物)。频繁死亡和退化在24个月大的婴儿中也发现了少突胶质细胞最小1生物活性炭动物(图(图4P),4P) ,与脱髓鞘轴突相对应(图(图4R)4R) 与WT控制相比(图(图4,4、O和Q)。邻区甲苯胺蓝染色切片显示类似的脱髓鞘和异常结构24个月大最小1生物活性炭动物(补充图1;本文的在线补充材料;数字对象标识:10.1172/JCI66737DS1号机组). 约150至200个轴突的量化各组在12个月大时均表现出明显的轴突变性和异常髓鞘形成最小1生物活性炭动物对比带WT控件(图(图4,4、S和T),类似于在其他一些髓鞘疾病中发现的观察结果(2628). 因为炎症出现在活动性MS病变中,我们额外评估了Iba1和GFAP小胶质细胞活化和反应性星形胶质细胞的免疫染色大脑的不同区域,包括大脑皮层、海马体和小脑12个月大最小1生物活性炭和对照动物。没有大脑皮层(补充图2)、海马体或小脑的差异(数据未显示)。这些数据与ADLD患者数据一致,没有显示出明显的差异炎症。

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层粘连蛋白B1过度表达导致髓鞘形成异常,轴突变性和脱髓鞘。

对12个月龄和24个月龄婴儿的锥体束进行超微结构分析最小1生物活性炭和相应的WT小鼠。(A类B类)12和(C类D类)24个月,此时脱髓鞘在最小1生物活性炭老鼠。P(P)< 0.05.(E类)12个月时的WT控制。(F类G公司)超微结构分析揭示了许多异常结构,包括起源于髓鞘的外折、延伸和内陷12个月和(H(H))24个月。(J)观察到整个轴突髓鞘单位的轴突崩解和降解在12个月时达到显著更高的水平(M(M)N个)24个月时,与WT对照组相比。(K(K)L(左))此外,还观察到髓鞘增生纤维和死亡轴突最小1生物活性炭12个月大的小鼠。(O(运行))正常少突胶质细胞和()正常压实对照动物24个月龄时的髓磷脂。(P(P))的代表24个月龄少突胶质细胞频繁死亡和退化最小1生物活性炭老鼠。死亡少突胶质细胞相关增加了(R(右))24个月龄儿童的不规则和脱髓鞘纤维最小1生物活性炭动物。(S公司T型)大约150到200个轴突的定量12个月大最小1生物活性炭小鼠表现出显著的与WT对照组相比,轴突变性和异常髓鞘形成。n个=每个基因型3只动物。值表示为平均值±扫描电镜**P(P)< 0.01, ***P(P)< 0.001. 比例尺:2μm。

拉明B1过度表达诱导细胞自主神经病理学少突胶质细胞。

ADLD的一个有趣的特征是在出现普遍过度表达的层粘连蛋白B1。研究病理学我们认为,层粘连蛋白B1过度表达对大脑中不同细胞系的影响在少突胶质细胞、神经元和细胞特异性启动子驱动的星形胶质细胞(第1页,凸轮2a、和GFAP公司)。每一个株系的层粘连蛋白B1的表达水平同样高于WT对应物,在12个月时通过Western blot分析和qRT-PCR进行量化年龄(图(图5,5,A–C)。蛋白质印迹对总层粘连蛋白B1的分析显示,平均增加2.2倍、2.4倍和2.3倍鼠标,其中最小1是由第1页,凸轮2a、和GFAP公司分别与WT相比控件(图(图5,5、A和B).过度表达水平与ADLD患者的观察结果一致平均增长2倍(1,11). 出于我们不完全理解的原因,由于层粘连蛋白B1过度表达,内源性层粘连素B1似乎增加与WT控制相比(补充图3A).通过qRT-PCR检测信使核糖核酸分析还显示,在所有3个细胞特异性品系中都有显著且可比较的增加(图(图5C)。5C) ●●●●。只有过度表达层粘连蛋白的动物少突胶质细胞中的B1(PLP-LMNB1型玻璃钢)展出从10个月开始(观察到)的年龄依赖性运动障碍发育到12个月大时,这些动物就奄奄一息了。5点月,PLP-LMNB1基因玻璃钢动物在与WT相比,在11 mm宽的平衡梁上或加速旋转控件(图(图5,5,D–F)。然而,12个月前,PLP-LMNB1型玻璃钢动物表现出相当的降低落在加速旋转木马上的延迟(图(图5D)5D) 并显示出穿越平衡的延迟显著增加梁与WT控制的比较(P(P)<0.001)(图(图5E)。5E) ●●●●。此外,PLP-LMNB1型玻璃钢动物表现出更多的后肢滑移(图(图5F)。5F) ●●●●。这个PLP-LMNB1型玻璃钢小鼠伴有脱髓鞘,异常髓鞘形成和轴突变性(图(图6,6,B–D)。在异常髓鞘环中PLP-LMNB1型玻璃钢动物的髓鞘-轴突结构与WT控制相比,不规则和不均匀(图(图6,6E和F)。散布于脱髓鞘轴突区域(例如,图图6E,6E、 箭头)是正常的轴突髓鞘厚度(如图图6E,6E、 箭头)。髓鞘厚度的异质性由g比率表示(图(图6B)。6B) ●●●●。WT对照组未出现脱髓鞘或显示异常髓鞘环(图(图6,6、A和F) ●●●●。相邻切片的甲苯胺蓝染色显示类似的结果脱髓鞘和异常结构PLP-LMNB1型玻璃钢老鼠(补充图1)。观察到的神经病理学和年龄依赖性运动障碍在里面PLP-LMNB1型玻璃钢动物可以更准确地反映与ADLD退化相关的机制。与全球过度表达一致最小1生物活性炭老鼠,PLP-LMNB1型玻璃钢动物也表现出自发性癫痫发作(数据未显示)。神经元特异性过表达层粘连蛋白B1的动物(CAM/tet-Lmnb1)和星形胶质细胞(GFAP/tet-Lmnb1)在12个月时,平衡梁和加速旋转木马没有出现运动障碍1年以上无明显行为异常(补充图3,B和C,分别)。总之,这些结果表明少突胶质细胞天生与其他细胞类型相比,层粘连蛋白B1更容易过度表达。

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少突胶质细胞中Lamin B1过度表达导致进行性运动损伤和髓鞘缺陷。

(A类)层粘连蛋白B1的代表性Western blot,FLAG-tagged laminB1,转基因小鼠半脑裂解物中的α-微管蛋白在少突胶质细胞、神经元和星形胶质细胞中选择性过度表达层粘连蛋白B1由细胞型特异性启动子驱动(第1页,凸轮2a、和GFAP公司分别)与对照12个月大的小鼠(泳道不连续)。红外双色检测抗层粘连蛋白B1抗体(绿色)和抗标记有FLAG的层压板B1(红色;顶板)。针对FLAG的单独检测(第二次面板)、层粘连蛋白B1(第三面板)和α-微管蛋白(底部面板)。(B类)归一化总层粘连蛋白B1的Western blots定量α-微管蛋白。(C类)层粘连蛋白B1转录水平的qRT-PCR在12个月龄时从相应的细胞特异性半脑归一化为GAPDH年龄。误差条表示3-4个独立的平均值±SEM实验。(D类F类)动物过度表达少突胶质细胞中的层粘连B1选择性(PLP-LMNB1型玻璃钢)在加速转盘和平衡梁上显示出渐进性的运动缺陷。(D类)PLP-LMNB1型玻璃钢小鼠缩短了落在加速旋转木马上的延迟和(E类)展出的增加了穿越11毫米宽平衡梁的延迟(F类)后肢打滑。数值表示为平均值±扫描电镜,n个=每组10-12人***P(P)< 0.001.

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PLP-LMNB1型玻璃钢小鼠出现脱髓鞘,异常髓鞘形成和轴突变性。

(A类B类)PLP-LMNB1型玻璃钢与WT对照组相比,动物表现出脱髓鞘,用g比率量化150–200个轴突,P(P)< 0.05. (C类D类)PLP-LMNB1型玻璃钢动物展示异常髓鞘形成和轴突变性。(E类F类)脱髓鞘轴突(如箭头)和髓鞘正常的轴突厚度(如箭头)在PLP-LMNB1型玻璃钢老鼠(E类)但在WT中没有控件(F类). 髓磷脂结构也不规则在中不均匀PLP-LMNB1型玻璃钢小鼠与WT的比较控制。n个=每个基因型4只动物。比例尺:2微米。

Lamin B1过度表达导致高丰度髓磷脂蛋白PLP。

我们使用定量质谱iTRAQ标记来比较后脑蛋白质12个月大时的水平最小1生物活性炭和WT小鼠。500个高质量评分肽95%置信区间的蛋白质鉴定候选者中,只有4种蛋白质显示出实质性变化(P(P)<0.05). 异质核核糖核蛋白(HNRNPN)和组蛋白H4(H4)分别为分别增加20%和30%,而神经丝介质多肽蛋白质(NEFM)减少20%。有趣的是,PLP降低了30%(图(图7A)。7A) ●●●●。降低第1页通过qRT-PCR确认表达(图(图7B)。老鼠7B) ●●●●。小鼠在少突胶质细胞中特异性过度表达层粘连蛋白B1(PLP-LMNB1型玻璃钢)PLP进一步降低转录水平(图(图7C)。7C) ●●●●。然而,老鼠神经元特异性过表达层粘连蛋白B1(CAM/tet-Lmnb1)不显示中的任何更改第1页与WT控件相比的级别(补充图3D)。

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Lamin B1过度表达导致高度丰富的髓磷脂减少蛋白质PLP。

(A类)后脑定量质谱iTRAQ标记12个月大最小1生物活性炭小鼠和WT小鼠鉴定出PLP高质量评分肽候选的95%置信区间为30%在中下调最小1生物活性炭与WT比较的动物控制。(B类)这一发现通过qRT-PCR进行了验证。(C类)小鼠在少突胶质细胞中特异性过度表达层粘连蛋白B1(PLP-LMNB1型玻璃钢)显示出进一步减少第1页转录水平。值表示为平均值±扫描电镜。n个=每组3人**P(P)<0.01; ***P(P)< 0.001. (D类)转录组对纯化少突胶质细胞进行的分析验证了蛋白质组的变化包括Pol II与第1页启动子最小1生物活性炭小鼠与WT对照组进行比较。拉明B1还调节额外的基因。x个轴定义为M:log差异表达比(对数倍变化);轴已定义as A:少突胶质细胞的平均对数强度(每kb基因长度的读数)之间最小1生物活性炭小鼠和WT对照组。

此外,我们通过鉴定Pol进行转录组分析II–纯化的少突胶质细胞全基因组范围内的结合位点最小1生物活性炭和WT对照小鼠。Pol II绑定是在多种基因的启动子上发生了变化。然而,Pol II绑定已验证蛋白质组变化,包括确定Pol II与第1页启动子最小1生物活性炭老鼠与WT控制相比(图(图7D)。7D) ●●●●。一起,这两种独立的方法表明,层粘连蛋白B1的过度表达导致改变了基因表达,特别表明髓鞘高度丰富蛋白质基因,第1页,在转录水平上减少。这个降低第1页转录水平是旨在了解ADLD的病理生理学的研究。因此,我们寻求进一步检查层粘连蛋白B1过度表达如何导致产品生命周期1转录。

YY1与Plp1启动子结合占有率丢失。

基因转录的改变可能由许多机制引起,包括改变转录因子结合和在受影响基因启动子区的占有基因。为了确定导致基因改变的潜在因素法规第1页,我们使用已知的转录因子候选第1页后脑的启动子12个月大的最小1生物活性炭和WT小鼠。我们确定了YY1,已知的转录激活物第1页(18),作为绑定和占用第1页发起人在中显著减少最小1生物活性炭后脑比WT控件(图(图8A)。8A) ●●●●。未发现差异通过IgG抗体或实时PCR进行的ChIP反应第1页3′UTR,演示YY1绑定到第1页启动程序(图(图8A)。8A) ●●●●。接下来,我们询问YY1与第1页启动子由YY1水平降低引起。我们测量了总数12月龄小鼠后脑中YY1蛋白水平无差异基因型之间(图(图8,8、B和C)。总之,这些结果表明层粘连蛋白B1的过度表达影响髓鞘生成细胞通过对第1页基因部分通过转录因子YY1表达。

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Lamin B1过度表达导致YY1与第1页发起人。

(A类)定量ChIP与PCR耦合显示YY1减少绑定到第1页12个月大后脑中的启动子最小1生物活性炭小鼠与野生型对照组的比较归一化为2%输入。引物设计用于扩增150-200 bp包含一致的YY1-结合位点或3′UTR。3′UTR和IgG作为对照。(B类)代表后脑中YY1总蛋白水平归一化为α-微管蛋白的杂交12个月大最小1生物活性炭和WT小鼠。(C类)发现YY1蛋白水平相对于α-微管蛋白的定量两者之间没有明显差异最小1生物活性炭和WT老鼠。n个=至少2个独立实验的每组4个。P(P)> 0.05.

讨论

编码层粘连蛋白B1的基因重复导致ADLD。在这里,我们证明了这一点小鼠层粘连蛋白B1的过度表达概括了ADLD的许多关键特征。最小1生物活性炭小鼠表现出自发性癫痫发作,认知与ADLD相似的损伤和年龄依赖性运动障碍患者。超微结构分析显示异常髓鞘折叠最终导致髓鞘和轴突变性最小1生物活性炭老鼠。尽管层粘连蛋白B1广泛表达于最小1生物活性炭我们发现了老鼠少突胶质细胞中层粘连蛋白B1的特异性过度表达(PLP-LMNB1型玻璃钢小鼠)足以诱导类似的异常,提示连接层粘连B1和髓磷脂的细胞自主机制缺陷。定量蛋白质组分析最小1生物活性炭老鼠与WT对照组相比,PLP蛋白水平显著降低(P(P)< 0.05). 与这些结果一致,我们发现RNA Pol II结合在第1页启动子和转录水平第1页年被下调最小1生物活性炭动物。最后,使用定量ChIP分析,我们发现YY1、转录激活物第1页,被发现水平明显降低第1页发起人。综合起来,这些数据表明层粘连蛋白B1的过度表达至少部分通过改变已知在髓鞘维持中起关键作用的基因的转录。

虽然癫痫发作长期以来被认为是多发性硬化症疾病谱的一部分,癫痫样活动不是遗传性脑白质营养不良的主要特征。一个可能的解释是,这些是罕见的疾病,一般缺乏脑电图数据受影响的个人。对心电图异常的更仔细搜索正在引导提高对某些脑白质营养不良患者癫痫发作的认识(22,29). 在继承人中儿童脑白质营养不良,49%有癫痫(30). 遗传性癫痫发作的确切发病机制脑白质营养不良尚不清楚。认知能力下降与多发性硬化症的皮质病理严重程度和癫痫发作(31). 癫痫发作风险增加也可能与ADLD有关;可能的机制是脑实质损伤导致癫痫发作敏感性。或者,脱髓鞘对皮层的影响可能导致由轴突信号改变引起的皮层过度兴奋性。

PMD是一种X连锁脱髓鞘疾病,通常由以下因素的重复引起产品生命周期1.如何复制产品生命周期1导致PMD残留不清楚的。然而,最近的研究表明,大部分PLP是由在小鼠模型中,较高的基因剂量未能并入髓鞘PMD复制(32). 与此一致发现,我们发现层粘连蛋白B1的过度表达也会导致实质性的减少PLP的。ADLD和PMD的疾病特征虽然重叠,但并不相同,这表明这些疾病的病理生理学不仅仅是由于血小板减少。我们的观察结果是第1页转录水平最早在11周(数据未显示),但未发现行为损伤和髓磷脂缺陷直到1岁最小1生物活性炭动物,进一步暗示仅PLP下调不足以解释ADLD样表型。相反,PLP下调可能引发病理性髓鞘状态,即随着动物年龄增长而加剧,并触发多种机制。

考虑到层粘连蛋白B1的过度表达可能会影响ADLD可能是许多基因的一个子集调控不当的结果基因,包括PLP公司这些共同带来了ADLD的特点。与这个假设一致,我们的转录组分析指出了其他几个基因候选者:例如,我们发现超氧化物歧化酶1(草皮1),超氧化物自由基的一个重要调节因子在转录水平下调,而少突胶质细胞系转录因子2(奥利格2),一个已知对少突胶质细胞发育重要的转录因子层粘连蛋白B1过度表达上调(图(图7D)。7D) ●●●●。

层粘连蛋白B1过度表达导致特异性PLP的下调尚不清楚。然而,已知核层粘连蛋白可以调节基因表达,部分通过与染色质的相互作用和对转录。以前的研究表明,核层粘连蛋白与DNA相互作用,组蛋白、转录因子和染色质蛋白。DNA与核层粘连蛋白导致局部基因下调(3335). 此外,层粘连蛋白B1耗竭果蝇属导致了叶片相关基因(36)特别是显示了层粘连蛋白B1在基因抑制中的直接作用。我们发现YY1有所减少入住时间第1页层粘连蛋白B1中的启动子-过度表达动物的YY1总蛋白水平没有变化。因此层粘连蛋白B1的过度表达可能会导致第1页发起人区域进入异染色质样状态,并将这些区域的可及性降低到YY1转录因子。此外,YY1之前被提议便于连接产品生命周期1启动子区至核基质转录活性域(18). 我们观察到组蛋白H4水平随着层粘连蛋白B1的增加而增加过表达也支持层粘连蛋白B1过表达导致抑制特定基因组区域的转录。

总之,这些发现暗示了层粘连蛋白B1是髓磷脂的调节剂,并且与之相关的基因髓磷脂过早分解,尤其是在衰老过程中。拉明B1及其因此,髓磷脂特异性调节靶点是潜在的治疗途径各种脱髓鞘疾病中的髓鞘再形成。

总之,我们提供了一种有效的小鼠ADLD模型,该模型能够重现人类ADLD。总之,我们的结果暗示了层粘连蛋白B1在调节参与正常髓磷脂调节的基因,这可能进一步阐明髓磷脂相关疾病谱的分子机制包括白细胞营养不良、层粘连症和多发性硬化症。最终,我们希望这些见解可能会为以下疾病提供新的潜在治疗策略髓磷脂。

方法

动物和转基因小鼠的产生

所有动物都被关在按性别分组的笼子里,并配有食物和水广告自由。动物被安置在特定的无致病性条件下12小时光照/12小时黑暗循环保持在23°C。行为测试发生在光周期的上午8点到下午5点之间。实验是盲目的试验期间对小鼠的基因型和治疗。

最小1生物活性炭.

对于转基因,包含整个小鼠的大基因组插入物(177.20 kb)最小1并克隆到BAC载体pBACe3.6中从小鼠BAC基因组文库(BAC RP23-460J18克隆;RPCI文库,C57BL/6J)。纯化的BAC DNA用于微量注射到原核C57BL/6J小鼠的受精卵母细胞,并维持在C57BL/6J基因上背景。

PLP-LMNB1型玻璃钢.

我们生成了编码FLAG标记的人类层粘连蛋白B1 cDNA的转基因小鼠,该cDNA是克隆到PLP公司启动子-外显子表达盒描述(37). 纯化的结构是然后用于FVB小鼠受精卵母细胞的原核内微量注射并保持在FVB遗传背景下。

CAM/tet-Lmnb1和GFAP/tet-Lmb1。

双转基因小鼠(CAM/tet-Lmnb1GFAP/tet-Lmnb1)是通过交叉产生的凸轮2a tTA型GFAP-tTA公司老鼠(38,39)分别为(B6/CBA遗传背景),一个FLAG标记的四环素反应元件(TRE)-最小1小鼠(FVB)。两条线路分别进行维护并杂交产生每个转基因的F1小鼠半合子。

行为测试

MWM公司。

最小1生物活性炭使用MWM对WT小鼠进行测试描述(40). 简而言之试验中,训练动物使用空间定位技术在MWM中找到一个隐藏的平台线索。24小时后,通过一项探测试验对记忆进行了测试平台被拆除,平台区域交叉的时间和数量被量化。

宾夕法尼亚州。

如前所述使用PA测试(41). 带有滑动活板门的明/暗室将2使用了腔室。简单地说,允许动物在15秒内适应环境灯舱。一旦老鼠进入黑暗的隔间,它们受到0.3毫安的电击,最长持续2秒。进入记录了黑暗的隔间。24小时后进行记忆保持测试后来没有震惊。给小鼠400秒的最大保留潜伏期在那之前没有进入黑暗的隔间(双子座回避系统)。

加速旋转和平衡梁。

为了评估运动协调性和平衡性,对动物进行了加速试验如前所述的旋转和平衡梁(42). 动物在42厘米长的有机玻璃梁上进行测试(5mm宽和11 mm宽)。横穿每个梁的延迟和后肢滑移记录。加速旋转体在一段时间内从4 rpm加速到40 rpm270秒,并记录每只小鼠在鼓上花费的时间。除非另有说明,否则在8次试验中,每天对动物进行1次试验。

视频-EEG监控

如前所述进行脑电图记录(43). 简单地说,涂有特氟隆的银线被植入左侧和右侧顶叶皮质以及左侧额叶皮质上的硬膜下间隙用作参考。记录自由运动小鼠的脑电图活动Harmonie 5.0b软件(Stellate)。异常癫痫样棘波的数量(振幅超过平均脑电图振幅6倍的锐波放电,以及持续20–70 ms)被Gotman峰自动检测到超过24小时记录的探测器(Harmonie;Stellate)。捕获和目测癫痫发作次数。

PTZ挑战

PTZ(Sigma-Aldrich)溶于PBS中。给药剂量为30 mg/kg腹腔注射。

透射电子显微镜

甲苯胺蓝染色和g比率分析。

对12个月大的动物进行深度麻醉,并用2%进行心内灌注多聚甲醛和1.25%戊二醛在0.1 M二甲氨基甲酸钠缓冲液中,pH7.4 (n个=每组3人最小1生物活性炭老鼠,n个=每组4人PLP-LMNB1型玻璃钢老鼠)。大脑在同一缓冲液中用2%四氧化锇进行后置固定,en block在2%醋酸铀酰水溶液中染色、脱水、渗透并嵌入LX-112树脂(Ladd Research Industries)。对于光学显微镜,1.5μm交叉点附近脑桥水平的锥体束半薄切片在硼砂溶液中切割并用0.5%甲苯胺蓝O染色。实验按照上述修改执行(44). 轴突在感兴趣的是轴突直径与如前所述,轴突和相关髓鞘(45). 每组4个,约150至200个轴突使用了动物。使用ImageJ分析数字化和校准图像(NIH)。

表达式分析

采用ΔΔCt法进行qRT-PCR使用ABI Sybr Green/ROX基因特异性引物标准化为GAPDH对照。数据为使用ABI 7900HT机器和软件进行收集和分析。总RNA为从11周龄和12月龄小鼠的全脑中分离(n个≥3/组),使用RNeasy隔离试剂盒(QIAGEN)。总RNA反向根据制造商说明(Invitrogen)。

引物序列GAPDH公司(46)和第1页(47)具体如下:最小1(跨越外显子2–3);向前地序列,5′-CAGATTGCCAGCTAGAGC-3′;相反的顺序,5′-CATTGATCTCCTCTTCATAC-3′。

脑裂解物和蛋白质印迹

如前所述进行脑裂解物和蛋白质印迹(48). 简言之,快速冷冻的半脑在RIPA缓冲液(20 mM Tris,150 mM NaCl,0.1%SDS,0.5%脱氧胆酸,1%Nonide P-40,pH 7.4)和蛋白酶抑制剂(PI)(Sigma-Aldrich)。上清液添加1%最终SDS和100 mM DTT,煮沸,加载7.5%或10%SDS-PAGE凝胶并转移至PVDF膜。初级抗体YY1(1:500,sc-1703;圣克鲁斯生物技术公司),层粘连蛋白B1(1:50,sc-6216;圣克鲁斯生物技术公司)和α-微管蛋白(1:5000,Sigma-Aldrich T9026)隔夜孵化,然后进行物种匹配、红外标记(IR标记)次级抗鼠或抗兔抗体(稀释1:5000;Li-Cor生物科学)。使用Odyssey红外成像系统(Li-Cor)对印迹膜进行成像生物科学)。

免疫组织化学

如前所述进行免疫组织化学分析(48). 简而言之,大脑半球固定在4%多聚甲醛24小时,在0.1%磷酸盐缓冲液中20%蔗糖中冷冻保护在4°C下再保存24小时,冷冻并储存于使用前为-80°C。自由浮动30-μm系列切片用抗GFAP的初级抗血清(1:1000,Millipore ab5804)处理和Iba1(1:1000,Wako Chemical,019-19741)。免疫反应检测为使用Vectastain Elite试剂盒(Vector Laboratories)根据制造商的协议和部分在ImmPACT DAB中开发(矢量实验室)进行可视化。分段安装并脱水分级醇和二甲苯。盖玻片上粘贴了DPX(电子显微镜科学)。使用NIH定量GFAP和Iba1免疫反应ImageJ软件。颗粒数量通过“分析粒子在阈值与测度中的作用标尺标准化到标尺并全局设置的功能。实验习惯于n个=每组3个,共7–10个节段每个部分有两个视野。

定量ChIP聚合酶链式反应

使用SimpleChIP-Enzymatic Chromatin IP Kit(细胞信号)。脑裂解物在PBS中用PI制备。输入DNA的样品以相同的方式制备。用正常IgG或特异性IgG对细胞裂解物进行声波和免疫沉淀YY1抗体(sc-1703;圣克鲁斯生物技术公司)。由此获得的DNA用一组针对第1页包含YY1共识位点的启动子区域(18).第1页3′UTR为用作阴性对照。PCR反应在SYBR Green(罗氏诊断公司)的存在。

iTRAQ分析

iTRAQ分析如前所述进行(49). 分离的后脑蛋白粉末溶解于50μl iTRAQ溶解缓冲液(稀释20倍,最终浓度=25mM,pH 8.5),并且使用蛋白质测定试剂盒测量蛋白质浓度(生物阅读)。为每个iTRAQ标记每个样品的40μg蛋白质遵循制造商的说明。使用MCX筒(混合模式阳离子交换,绿洲固相萃取,30微米,3立方厘米,60毫克)。然后对其进行HPLC分级和质量光谱分析。

转录组分析

OPC纯化。

从P7-8纯化少突胶质前体细胞最小1生物活性炭按照说明进行小鼠或WT以前(50). 简而言之,OPC随后在增殖培养基(+PDGF10 ng/ml+NT3,1 ng/ml)中培养6天用分化培养基(40ng/ml三碘甲状腺原氨酸)培养4天。OPC已修复使用1%甲醛溶液,并立即在使用RNA聚合酶II在ChIP-Seq之前–80°C抗体(活性Motif)。

数据分析。

Pol II结合位点的全基因组分析最小1生物活性炭和WT控制小鼠通过转基因和对照样品。对于Ensembl定义的每个小鼠基因,包括上游2-kb以及6-kb的下游区域,我们计算了Pol II的读取次数在ChIP-Seq中。然后将计数除以基因。基因长度的每kb读数被用作强度的估计的表达式。

统计

在实验中对不同组(基因型之间)进行了比较要求使用双尾独立的非重复试验t吨测试和回归分析。重复措施t吨受试者之间的测试在实验中进行基因型因子和重复训练测量用于需要重复试验的行为测试。没有观察到相互作用在基因型和训练之间。如果反复训练没有效果坍塌了,还有一个2尾t吨进行了测试。配对t吨当动物受到不同的给定范例中的行为条件。全部t吨测试和P(P)给出的值来自双尾测试。所有数据表示为平均值±SEM。P(P)<0.05是被认为具有统计学意义。Huynh-Feldt调整用于必要时纠正球度违规以调整不均匀性跨天或组的差异。数据采用IBM SPSS 20.0进行分析。

研究批准

所有程序均严格按照《护理指南》和NIH采用并经大学批准的实验动物的使用加利福尼亚州旧金山。

补充材料

补充数据:
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鸣谢

作者感谢来自电子显微镜和转基因的Jinny Wong和Junli ZhangJ.David Gladstone研究所的基因靶向核心。作者还认可了美国大学的质谱和蛋白质组学中心明尼苏达州和各种支持机构,包括国家科学基金会主要研究仪器拨款9871237和NSF-DBI-0215759用于购买本研究中描述的仪器。这项工作得到了NIH拨款F32的支持NS066722-01A1发给M.Y.Heng,以及a.P.Giannii基金会发给M.Y的奖学金。恒;NIH NS062733授予Y.H.Fu,Sandler神经遗传学基金授予Y.H.Fu和L.J。普塔克χek。L.J.Ptácχek是一名调查员霍华德·休斯医学院。

脚注

利益冲突:提交人声明利益是存在的。

本文引文: 临床投资杂志。2013;123(6):2719–2729.doi:10.1172/JCI66737。

类星体S.Padiath目前的地址是:人类遗传学部,匹兹堡大学,匹兹堡,宾夕法尼亚州,美国。

Ying Tong现在的地址是:四川生命科学学院中国四川成都大学。

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文章来自临床研究杂志由提供美国临床研究学会