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.2022年3月9日;42(10):2116-2130.
doi:10.1523/JNEUROSCI.1881-21.022。 Epub 2022年1月27日。

胞浆和膜富集α-突触核蛋白融合对脂肪酸平衡的致病机制

附属公司

胞浆和膜富集α-突触核蛋白融合对脂肪酸平衡的致病机制

阿拉蒂·特里帕西等。 神经科学. .

摘要

α-突触核蛋白(αS)在帕金森病中起关键作用。虽然帕金森病是典型的“散发性”疾病,但遗传性αs错义突变为分子机制提供了重要的见解。在这里,我们检测了两个临床突变株E46K和G51D,它们都位于介导瞬时α-S膜相互作用的保守N末端。然而,E46K增加,G51D减少αS-膜相互作用。此前,我们通过11个残基重复基序扩增了E46K,创造了“3K”(E35K+E46K+E61K)。在这里,我们设计这些基序来放大G51D(V40D+G51D+V66D=“3D”),并系统地比较了E46K/3K和G51D/3D。我们发现G51D增加了神经细胞中的细胞溶质αS,3D加剧了这一现象。G51D甚至3D降低了αS多聚体与单体(αS60:αS14)的比率。两种扩增的变体都会导致大鼠原代神经元的细胞应激,并降低人类神经母细胞瘤细胞的生长。重要的是,通过药物抑制硬脂酰辅酶A去饱和酶或通过调节棕榈酸(16:0)或肉豆蔻酸(14:0)中的细胞来改善3K-和3D诱导的应激。SCD抑制降低了3D-和3K-表达细胞中的脂滴积累,并通过使多聚体与单体的比例正常化而使G51D受益,如之前报道的E46K。我们的研究结果表明,尽管细胞液/膜分配不同,但作为一种常见的治疗方法,降低脂肪酸不饱和度可以预防G51D和E46K的神经毒性。重要性声明α-突触核蛋白(αS)失衡与帕金森病有关。在这里,我们关注两个对比性家族性帕金森病αs突变体E46K和G51D,它们以相反的方向改变αs膜的结合(E46K增加,G51D减少)。利用αS重复结构,我们设计了αS“3D”,一种放大的G51D变体(V40D+G51D+V66D)。αS 3D进一步增强了G51D的细胞溶质富集。G51D/3D与富含膜的E46K及其扩增变异体3K的系统比较表明,两者都能在人类神经细胞和初级啮齿动物神经元中引发应激。这种毒性可以通过抑制硬脂酰辅酶A去饱和酶或饱和脂肪酸调节来改善。因此,尽管存在不同的膜结合,但通过改变作为共同靶点的脂肪酸饱和度,G51D和E46KαS平衡失调都得到缓解。

关键词:胞质过剩;脂肪酸;膜过量;α-突触核蛋白。

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数字

图1。
图1。
战略设计的αS变异体3D和3K在M17D神经母细胞瘤细胞中放大G51D(1D)和E46K(1K)的生化效应。,WTαS和4个指示变体的膜诱导的两亲性螺旋的螺旋轮(11/3螺旋)表示。蓝色代表碱性aa。红色代表酸性aa。灰色代表疏水相互作用稳定的αS区域。底部,由KTKEGV共识基序排列的αS变体,其残基完全或部分符合以灰色突出显示的“KTKEG”。红色代表G51D和3D中的氨基酸变化(V40D+G51D+V66D)。蓝色代表E46K和3K(E35K+E46K+E61K)。b条,E46K和G51D突变对αS-膜相互作用的理论影响。显示了aa在膜包埋αS重复序列#4(SKTKEGVVHGV)中的位置。红色代表带负电荷的脂质头组。浅灰色代表FA尾部。WTαS通过疏水相互作用(灰色区域)和静电相互作用(红色脂质头组附近的蓝色αS)稳定,如图中折叠αS(蓝色椭圆,膜)和未折叠单体(曲线,细胞质)。G51D将膜包埋残基G改变为带负电荷的D,产生排斥作用(箭头变亮),导致膜亲和力降低,细胞溶质αS增多(上图)。另一方面,E46K将膜近端E改变为正电荷K(底部),从而导致αS-膜相互作用增加(黄色曲线表示),膜上αS增加。c(c)用WTαS瞬时转染M17D细胞,并显示变异体48小时DSG之后依次提取细胞溶质和膜蛋白。αS(mAb Syn1)和DJ-1(交联效率和蛋白质负载控制)的WB。变体2D包含突变V40D+G51D,2K包含E35K+E46K。代表WBN个=3个独立实验在3天内完成。d日,量化c(c):αS胞浆:膜和αS60:14比率以及DJ-1(交联和负载控制);全部的N个所有αS变异体=3(在一次实验中重复分析了WT);在每个独立实验中,WT(平均)值设置为1*第页< 0.05. **第页< 0.01. ***第页< 0.001. ****第页< 0.0001. 扩展数据图1-1中的附加伴随数据。
图2。
图2。
3D和3K工程变体在M17D神经细胞中引发压力并改变αS水平。αS WT的代表性荧光显微镜图像和与YFP融合并在M17D细胞中瞬时表达的指示变体(38小时)。箭头表示扁平、健康的细胞。箭头表示圆形单元格。虚线箭头表示含有内含物的细胞。比例尺,50µm。b条,转染细胞的量化如所示:相对于WT::YFP,所有转染的圆形细胞与扁平细胞的比率。数据表示N个=总共3个独立实验n个= 10.c(c),钙调素-AM总PI染色细胞相对于WT::YFP-表达M17D细胞的荧光信号比率。图表表示总数n个= 8.d日αS-pS129的WB、总αS(mAb 15G7)和GAPDH(负荷控制)。e(电子),总αS:GAPDH的量化((f))pS129:总αS比值(归一化为WT::YFP);图形表示N个=2个独立实验,总共n个= 7.、总αS的ELISA测定和(小时)pS129:总αS水平。实验设置如所示.ELISA检测于N个=2个独立日,每个重复8次(总计n个=16)对于两者小时数据为平均值±SD*第页< 0.05. **第页< 0.01. ***第页< 0.001. ****第页< 0.0001.
图3。
图3。
3D和3K的诱导表达在M17D神经细胞中引发应激。、连续蛋白质提取αS WT::YFP、3D::YFF和3K::YFP(诱导48小时)到PBS(细胞)和Triton X-100(mem)组分。Top、WB总αS(mAb 15G7)、GAPDH(胞浆标记物)和转铁蛋白受体(TfR;膜标记物)。底部,αS细胞与mem相对于WT::YFP的定量;N个=总共3个独立实验n个=10(WT::YFP,3K::YFP)或n个=8(3D::YFP单元格)。b条诱导αS::YFP,培养细胞在0、24、48、72和96 h后记录细胞汇合。相对于未诱导的定量(+Dox/-Dox)。作为基线,红色虚线表示未诱导细胞的归一化平均倍增长。N个=总共7个独立实验n个= 33.c(c),添加Dox(+Dox)或车辆(-Dox)前(0小时)和96小时后记录的代表性亮场图像。橙色代表孵化细胞识别的细胞。诱导96小时后的底部、内嵌、YFP图像。比例尺,200μm;嵌入,100μm。d日,定量c(c)诱导后96小时。单元格汇流定义如下c(c),相对于每个细胞系的未诱导(-Dox)条件。图形表示N个=总共7个独立实验n个= 33.e(电子)WST-1分析评估细胞活力。在96小时时将WST-1试剂添加到-Dox和+Dox细胞中,在440 nm处测量吸光度。+Dox相对于-Dox的吸光度。N个=总共3个独立实验n个= 9. 数据为平均值±标准偏差**第页< 0.01. ***第页< 0.001. ****第页< 0.0001. 扩展数据图3-1中的附加伴随数据。
图4。
图4。
αS::YFP诱导细胞系中的PI染色和PARP裂解。诱导αS::YFP(WT、3D和3K)96 h。将PI染色添加到-Dox和+Dox细胞。孵化器记录活细胞的相位和YFP图像。标尺,250µm;插图显示了诱导细胞的PI染色(红点)和YFP。比例尺,50μm。b条,量化,表示+Dox相对于-Dox的总积分红色PI强度。N个=总共3个独立实验n个=9(除总数外)n个=7表示-Dox WT::YFP。c(c)诱导αS::YFP(WT、3D和3K)表达96 h。WB用于PARP和裂解PARP(cl.PARP)。底部,WB。顶部,所示相对于-Dox的劈开PARP定量。N个=总共2个独立实验n个= 6.d日诱导αS::YFP(WT、3D和3K)表达96 h,并通过WB评估总αS(mAb 15G7)、pS129和GAPDH水平。e(电子),量化,相对于WT::YFP细胞的αS:GAPDH比率。(f),量化,pS129:相对于WT::YFP细胞的总αS比率。N个=总共2个独立实验n个=两者均为8e(电子)(f)数据为平均值±SD***第页< 0.001. ****第页< 0.0001.
图5。
图5。
通过药物抑制SCD改善工程化αS突变体3D和3K的诱导表达所表现的应激。用1μm SCD抑制剂MF-438(+MF)或载体DMSO(-MF)处理的αS::YFP(WT、3D和3K)细胞。亮场图像位于t吨=0小时和t吨=96小时,-Dox和+Dox。橙色代表孵化细胞识别的细胞。Dox后96小时插入YFP图像。TR,Tet-阻遏物元件。比例尺,200μm;嵌入,100μm。b条,定量,Dox后96小时。与图3类似的量化增长c(c),d日细胞汇合是相对于每个细胞系的未诱导和未处理状态(-Dox/-MF)分别测量的。图形表示N个=总共6个独立实验n个= 18.c(c),在MF-438缺失和存在的情况下,对每个指示细胞系中未经处理的诱导细胞(-MF-438/+Dox)的LD面积、数量和强度进行定量。诱导96小时后,用Lipidspot 610(Biotium)染料对LDs进行染色。数据为平均值±SDN个=3个独立实验,总共n个=所有测量值为9*第页< 0.05. **第页< 0.01. ***第页< 0.001. ****第页< 0.0001.d日,经MF-438(+Dox+MF-438)处理或未经处理(+Dox)的WT::YFP、3D::YFF和3K::YFP诱导的细胞系的代表性活细胞图像,诱导后96小时,用Lipidspot 610(红色)染色。TR、Tet抑制因子。比例尺,50μm。扩展数据图5-1中的附加伴随数据。
图6。
图6。
SCD药理抑制的生化作用。,图5样品的WBb条总αS(mAb 15G7)、αS-pS129和GAPDH。b条,数量,在无SCD抑制剂MF-438和有SCD抑制剂的情况下,αS:GAPDH比率;诱导后96小时,每个细胞系相对于诱导培养物的定量。N个=总共3个独立实验n个= 7.c(c)用10μMF-438或车辆DMSO,以及完整的细胞交联(1 mDSG)。总αS(mAb Syn1)和DJ-1的WB(相同交联和负载的对照)。αS60:αS14和DJ-1二聚体:单体比率的量化(归一化到未处理;N个=总共4个独立实验n个= 6). 数据为平均值±标准偏差*第页< 0.05. **第页< 0.01. 扩展数据图6-1中的附加伴随数据。
图7。
图7。
外源性FAs对表达αS::YFP变体的诱导细胞的影响。用SFA处理WT::YFP和3D::YFP诱导的细胞系()C14:0肉豆蔻酸(左)和C16:0棕榈酸(右),或(b条)指定浓度的MUFA C18:1油酸(中底部)。细胞汇合量如图3所示c(c),d日诱导后72小时除外。每张图的底部面板:总αS(mAb 15G7)和GAPDH的代表性WB。数据为平均值±SD()14:0(肉豆蔻酸):N个=总共3个独立实验n个=9(除总数外)n个=3D::YFP(-Dox列和100μ列);16:0(棕榈酸)N个=3,总计n个=12(除总数外)n个=10,对于3D::YFP(-Dox列);以及(b条)N个=2,总计n个=8(除总数外)n个=6,对于3D::YFP(-Dox和+Dox列)*第页< 0.05. **第页< 0.01. ***第页< 0.001. ****第页< 0.0001.
图8。
图8。
扩增的E46K和G51DαS突变体在大鼠初级皮层神经元中引起应激。,用表达mCherry和未标记人类αS变异体WT、1D、3D、1K和3K的双顺反子质粒瞬时转染的原代大鼠皮层神经元的免疫荧光图像(转染后36 h);αS免疫染色(人特异性单克隆抗体15G7)和Hoechst染色以显示细胞核。比例尺,200μm;插入3K,100μm。b条,用表达mCherry和未标记αS变异体WT、1D、3D、1K和3K的双顺反子质粒瞬时转染大鼠原代皮层神经元的荧光图像(转染后72小时)。顶部,mCherry分布。底部,Neurite面罩由Incucyte计算。比例尺,20μm。c(c),用孵化器系统计算的mCherry信号的总积分强度与αS WT的观测值的比较。与中的相同实验设置b条除转染后72h分析外;图形表示N个=总共3个独立实验n个= 9.d日,基于图像的神经突长度分析,作为细胞应力的测量。使用Incucyte计算相对于表达αS WT的初级神经元的轴突长度(mm/胞体)的定量。实验与相同c(c); 图形表示N个=3个独立实验,总共n个= 9.e(电子),基于图像的50 n神经突起长度分析SCD抑制剂CAY10566。用Incucyte计算相对于表达αS WT的初级神经元(CAY10566)的轴突长度(mm/胞体)的定量;n个=5(重量)和n个=4(3D)。数据为平均值±标准差*第页< 0.05. **第页< 0.01. ***第页< 0.001. ****第页< 0.0001. 扩展数据图8-1中的附加伴随数据。

中的注释

  • 脂肪酸平衡调节α-突触核蛋白病理学。
    Cohen-Adiv S、Ashkenazi A。 Cohen Adiv S等人。 《神经科学趋势》。2022年6月;45(6):417-418. doi:10.1016/j.tins.2022.03.006。Epub 2022年4月1日。 《神经科学趋势》。2022 PMID:35379479

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