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.2010年8月20日;285(34):26390-405.
doi:10.1074/jbc。M110.142299。 Epub 2010年6月15日。

与常染色体显性青少年肌阵挛性癫痫相关的GABA(A)受体α1亚单位突变A322D降低野生型GABA(A)受体的表达并改变其组成

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与常染色体显性青少年肌阵挛性癫痫相关的GABA(A)受体α1亚单位突变A322D降低野生型GABA(A)受体的表达并改变其组成

李丁等。 生物化学杂志. .

摘要

γ-氨基丁酸(A)受体(GABA(A)R)α1亚单位突变,A322D(AD),导致常染色体显性的青少年肌阵挛性癫痫(ADJME)。先前的研究表明,突变导致α1(AD)亚基错误折叠和快速降解,从而显著降低其总表达和表面表达。在这里,我们测定了残余α1(AD)亚基表达对野生型GABA(A)R表达的影响,以确定AD突变是否产生显性负效应。我们发现,尽管α1(AD)亚单位不能替代细胞表面的野生型α1亚单位,但它通过与内质网内的野生型亚单位结合并阻止其运输到细胞表面,降低了α1β2gamma2和α3β2gamma2受体的表面表达。α1(AD)亚单位比α1β2γ2受体更大量地减少了α3β2γ2受体的表面表达,从而改变了细胞表面GABA(a)R的组成。当转染到培养的皮层神经元中时,alpha1(AD)亚单位改变了微型抑制性突触后电流动力学的时间进程,并降低了小型抑制性突触后电流振幅。这些发现表明,除了导致α1(AD)亚单位的杂合性功能丧失外,这种癫痫突变还引发了可能形成癫痫表型的适度显性负效应。

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数字

图1。
图1。
杂合α1(AD)亚基表达对表面和总α1亚基表达的影响。我们用空质粒(阴性对照)或0.250μgβ2和γ2亚基cDNA和0.250μg/野生型α1转染HEK293T细胞(重量),0.125μgα1(半合子(半人形的)),α1和α1(AD)各0.125μg(杂合子(赫特)),或0.250μgα1(AD)(纯合子(高阶模))cDNA。我们将表面蛋白质生物素化并进行蛋白质印迹以确定表面(A类C类)和总计(B类D类)GABA公司A类Rα1亚基的表达相对于ATP酶α1亚单位的表达(负荷控制)。表面和总半合子和杂合子α1亚基的表达高于纯合表达,并且相对于野生型表达显著降低(*),但没有显著差异(纳秒)它们之间的差异(n个= 5). 我们还进行了流式细胞术分析(E–H(E–H))作为第二种定量转染阴性对照细胞的表面和总α1亚单位的方法(填充直方图),野生型(实线),半合子(虚线),杂合子(虚线),或纯合(数据未显示)GABAA类R.表面α1亚单位表达在半合子受体和杂合子受体之间没有显著差异(n个=7),但总杂合α1亚基表达大于半合α1子基表达(n个= 6,第页= 0.03).
图2。
图2。
杂合表达中野生型α1和突变型α1(AD)亚基的分数。我们描述了成熟人类的N-末端氨基酸(α1小时)和大鼠(α1第页)α1亚单位(A类)其中编号的氨基酸从信号肽的N末端开始。Gln-28残基位于成熟肽的假定N末端。全长成熟α1小时和α1第页除了大鼠序列缺少亮氨酸31(亮氨酸4从成熟肽的假定N末端编号)外,序列是相同的。我们用模拟载体转染HEK293T细胞(阴性对照,填充直方图)或β2和γ2亚单位(0.250μg)和杂合α1亚单位,其中野生型和突变亚单位的序列均为人类或均为大鼠(二者都小时,二者都第页,实线灰色条). 我们还用杂合受体转染细胞,其中野生型亚基的序列为人类,突变亚基为大鼠(重量小时/AD公司第页,虚线,白色条),野生型亚基的序列为大鼠,突变亚基为人类(重量第页/AD公司小时,虚线、黑色条). 我们用抗α1染色表面受体小时(B类)或α1第页抗体(C类)和抗α1的总受体小时抗体(D类). 我们通过划分α1来确定由野生型亚基组成的表面杂合亚基的比例小时WT中的平均荧光小时/AD公司第页,通过α1小时两者的平均荧光小时单元格(B类, 96 ± 3%). 当我们划分α1时,我们得到了类似的结果第页WT染色第页/AD公司小时两种类型的细胞第页单元格(C类, 92 ± 2%). 同样,我们通过划分α1(AD)来确定表面杂合受体中突变亚基的比例小时WT染色第页/AD公司小时两种类型的细胞小时单元格(B类,2±0.1%)和除以α1(AD)第页WT染色小时/AD公司第页两个单元格第页单元格(C类, 5 ± 0.4%). 总的来说,杂合亚基,野生型α1小时亚单位包括91±4%的杂合表达和突变体α1小时亚单位包括8±4%的杂合表达。在表面和全杂合表达中,野生型亚基的贡献适度但显著(*,第页<0.05)小于100%。
图3。
图3。
增加突变体α1(AD)亚基cDNA对表面和总α1(AD)亚基蛋白表达的影响。我们用空载体转染HEK293T细胞(阴性对照,阴影直方图)或0.250μg的β2和γ2S亚基以及0.125μg的α1小时亚单位cDNA(半合子阳性对照,实线直方图)或0.250μgβ2和γ2S亚基,0.125μgα1第页亚单位,以及α1(AD)的增加量小时或α1小时亚单位cDNA。我们测量了总数(A类C类)和表面(B类D类)α1(AD)小时和α1小时流式细胞术检测亚单位荧光。A类B类,虚线显示转染0.125μgα1(AD)的细胞的荧光小时亚单位,以及虚线描绘转染2μgα1(AD)的细胞的荧光小时亚单位。C类D类,我们描述了α1(AD)小时(●) 和α1小时(○) α1(AD)每质量的荧光归一化为阳性对照小时或α1小时我们转染的亚单位cDNA。测量总α1(AD)时小时和α1小时表达式(C类),增加α1(AD)小时和α1小时亚单位cDNA导致α1(AD)线性增加小时和α1小时α1亚单位蛋白表达小时当亚基表达大于阳性表达的300%时,亚基表达饱和(销售时点情报系统)控件。测量表面α1(AD)时小时和α1小时表达式(D类),增加α1小时亚单位cDNA导致α1成比例增加小时亚单位表达,但增加α1(AD)小时亚单位cDNA对表面α1(AD)的影响很小小时亚单位表达。E类,我们重新涂抹了表面(冲浪)α1(AD)小时和α1小时亚单位表达是总表达的函数。两面α1(AD)小时和α1小时亚单位表达与总表达呈线性增加(第页2分别=0.82和0.95,n个≥ 3). 然而,表面α1增加了8倍小时亚单位表达高于α1(AD)小时亚单位表达在总表达中增加相等。确定是否存在野生型α1第页亚单位促进α1(AD)的表面转运小时亚单位,我们在缺乏α1的情况下重复实验第页α1(AD)的表面表达无显著差异小时α1缺失时的亚单位第页亚单位(n个=3,数据未显示)。
图4。
图4。
α1(AD)亚单位表达对表面和总α1β2γ2表达的影响。我们用空载体转染HEK293T细胞(阴性对照,阴影直方图)或0.250μgβ2和γ2S亚基和0.125μgα1小时亚单位cDNA(半合子)和不同质量(0–2μg)的α1第页或α1(AD)第页cDNA。我们量化了表面(A类C类)和总计(B类D类) α1小时流式细胞术检测抗α1亚单位的表达小时亚单位抗体。A类B类,我们将半合子荧光描绘为实线半合子+2μgα1(AD)第页荧光作为虚线。C类D类,我们绘制了α1(AD)小时(●) 和α1小时(○) 亚单位荧光标准化为半合子亚单位荧光α1(AD)的质量小时或α1小时转染的cDNA。增加α1(AD)的质量第页亚单位cDNA还原表面和总α1小时亚单位表达。我们还测定了2μgα1(AD)的作用第页α1表面亚单位cDNA共转染小时Western blot生物素化检测β2γ2受体表达(E类F类). 我们用抗α1抗体染色Western blots小时亚单位抗体与定量表面α1小时亚单位相对于Na的亚单位+/K(K)+-ATP酶α亚基(负荷控制()). 添加2μgα1(AD)第页亚单位cDNA(+AD公司)α1的简化表面表达小时β2γ2受体增加46±6%(n个= 4;第页= 0.005). α1(AD)第页亚单位没有改变内源性ATP酶α亚单位的表面表达(97±10%,n个= 5).
图5。
图5。
抑制动态素介导的内吞作用对α1(AD)亚单位的主导作用。我们用0.250μgβ2和γ2S亚基cDNA和0.125μg人类野生型α1转染HEK293T细胞小时亚单位(半人形的,浅灰色),0.250μg人α1(AD)小时亚单位(高阶模,黑色),或0.125μg人类野生型α1小时亚单位和2μgα1(AD)第页亚单位(+AD公司,深灰色). 此外,我们还联合转染了含有0.375μg野生型的细胞(wtdyn公司)或显性负(K44A)dynamin。我们通过流式细胞术测量了表面和总人类α1亚基的表达,并将每个值标准化为用野生型动力蛋白共转染的半合子样品的表达。插入,我们绘制了α1的百分比变化小时和α1(AD)小时因为K44A动态蛋白。在半合子和纯合子条件下,K44A动力蛋白增加了总α1亚基和表面α1亚单位的表达(第页<0.05),但不改变+α1(AD)的主导效应第页条件(n个= 5). K44A动力蛋白显著增加了总纯合α1(AD)小时α1在更大程度上的表达小时表达式(第页< 0.01).纳秒=第页≥ 0.05; *,第页< 0.05.
图6。
图6。
α1(AD)亚基与野生型GABA的相互作用A类R亚单位。我们用2μgα1(AD)转染HEK293T细胞小时α1的亚单位和0.125:0.250:0.250μg比值β2γ2 (A类), α1第页β2γ2 (B类),或α1第页β2γ2形成受体的亚单位,其中α1、β2或γ2亚单位标记有HA表位。此外,为了确定α1(AD)小时亚单位和TGF非特异性相互作用蛋白,我们用2μgα1(AD)转染细胞小时亚单位,α1的0.125:0.250:0.250μg比率第页β2γ2亚单位和0.250μg TGF(D类). 我们使细胞渗透并用抗α1染色小时-647抗体(FRET受体)-555抗体(FRET供体),或两者都抗α1小时-647和anti-555抗体。A–D是FRET荧光的流式细胞术直方图。这个灰色线条绘制仅用α1染色的细胞的直方图小时-647受体抗体,以及黑线绘制HA-555供体和α1染色细胞的直方图小时-647个受体抗体。这个箭头指向直方图中可以找到特定FRET荧光的区域。我们量化了特定FRET荧光,并将其绘制在E类(n个≥ 5). 转染α1β2的样品γ2和α1β2γ2受体具有显著的FRET荧光,与转染TGF的样品相比差异显著蛋白质。FRET荧光的这种差异不是由TGF的HA荧光减少引起的蛋白质,因为TGF与HA标记的GABA相比,HA的花期大大增加A类R亚单位(F类). AU,任意单位。
图7。
图7。
α1(AD)亚基对野生型α3β2γ2 GABA的影响A类R。我们用空载体转染HEK293T细胞(阴性对照,阴影直方图)或0.250μgα3、β2和γ2S亚基,无任何额外亚基(野生型)或具有不同质量(0.125–2μg)的突变体α1(AD)或野生型(重量)α1亚单位cDNA。我们量化了表面(A类B类)流式细胞术检测α3亚基的表达。A类,我们给出了一个样本流式细胞术直方图,其中野生型荧光作为实线野生型+2μgα1(AD)荧光虚线。B类,我们在存在不同数量的α1(AD)的情况下量化了表面α3亚单位荧光(■,n个≥4)或野生型α1(□,n个=3)亚单位cDNA,并将α3亚单位荧光归一化为野生型细胞的荧光。增加α1(AD)和α1亚基cDNA的质量会降低表面α3亚基的表达。我们还使用生物素化分析和Western blot测定了2μgα1(AD)亚单位cDNA联合转染对表面α3β2γ2受体表达的影响(C类D类). 我们用抗α3亚单位抗体染色Western blot,并量化表面α3亚基相对于Na的数量+/K(K)+-ATP酶α亚基(负载控制)。α1(AD)亚单位的存在使α3β2γ2受体的表面表达降低了47±15%(n个= 6;第页= 0.024). *,第页< 0.05.
图8。
图8。
α1(AD)亚单位对α1β2γ2和α3β2γ2中表面β2和γ2亚单位表达的影响。 A类,我们重新绘制了图4和图7中描述1.0和2.0μgα1(AD)的影响的数据第页表面α1和α3亚单位表达的cDNA亚单位。α1(AD)第页亚单位减少表面α3亚单位表达的程度大于α1亚单位表达(第页<0.002)。B类C类,我们用空载体转染HEK293T细胞(阴性对照())或0.250μgβ2和γ2ScDNA和0.125μgα1亚基(半合子α1)或0.250α3亚基(WTα3)。我们共同转染了不同质量(0–2μg)的突变体α1(AD)亚基cDNA。我们量化了表面γ2S使用抗HA抗体和流式细胞术进行亚单位表达。B类给出了绘制γ2的流式细胞术直方图样本荧光单元格的数量。阴性对照荧光为遮住的α1β2γ2的荧光在缺乏α1(AD)亚单位的情况下,受体是实线和α1β2γ2的荧光受体+2μgα1(AD)cDNA是一种虚线。C类,我们量化了表面γ2α1β2γ2的表达(●) 和α3β2γ2(■) 每个数量的α1(AD)亚单位cDNA的受体。γ2亚单位荧光标准化为γ2α1(AD)亚单位缺失时α1β2γ2受体的荧光。在缺乏α1(AD)亚单位的情况下,γ2没有显著差异α1β2γ2的表达和α3β2γ2受体(99±5%,第页= 0.895). 添加α1(AD)亚单位导致γ2的浓度依赖性降低α3β2γ2中较大的亚基比α1β2γ2受体(*第页< 0.05,n个≥6)。生物素化和蛋白质印迹分析(d日–G)结果表明,转染2μgα1(AD)亚基cDNA后,α3β2γ2受体表面β2亚基表达的降低程度(56±5%)大于α1β2γ1受体(22±6%),n个= 5,第页=0.002),还减少了γ2α3β2γ2亚基的大范围表达受体(54±6%)高于α1β2γ2受体(27±10%,n个= 5,第页= 0.049). 最后,我们用α1转染HEK293T细胞小时、α3、β2和γ2亚基以0.125:0.250:0.250:0.250的比例存在,并且含有或不含有1.0μgα1(AD)第页亚单位。我们测定了表面α1的量小时、α3和γ2流式细胞术检测亚单位表达。α1(AD)第页亚单位降低α3亚单位表达(30±4%)的程度大于α1小时亚单位表达(12±4%,第页= 0.010,n个= 5,H(H)),并降低γ2表达量为15±1%(第页= 0.001,n个= 5,).
图9。
图9。
AD突变对培养皮层神经元α1(AD)亚单位表达的影响。我们用对照物IRES-ZsGreen1,α1转染DIV10培养的皮层神经元小时-IRES-Zs绿色1(重量),α1(AD)小时-IRES-ZsGreen1(AD),α1-IRES-ZsGreen1(WT),或α1(AD)-IRES-ZsGreen1(AD). 在DIV17上,我们对神经元裂解物进行了蛋白质印迹,并用抗α1染色小时抗体(A、 n个=4)或抗HA抗体(B、 n个= 5). 目视检查表明,该突变显著降低了α1(AD)小时和α1(AD)表达。由于信号强度较弱,未标记的人类α1(AD)小时神经元裂解物中的亚基无法定量。然而,用抗HA抗体染色的凝胶定量显示α1(AD)与野生型α1相比,亚单位表达减少39±9%表达式(第页= 0.010). 接下来,在四个单独的实验中,我们用对照-IRES-ZsGreen1,α1转染DIV10神经元小时-IRES-Zs绿色1(重量),或α1(AD)小时-IRES-ZsGreen1(AD)并对DIV17进行免疫荧光研究,以通过绿色通道中的ZsGreen 1荧光识别转染神经元(C类D类)和重组α1小时和抗α1(AD)小时红通道亚单位免疫荧光(E类F类). 目视检查表明,ZsGreen1荧光主要定位于细胞核内和细胞质内的小点,重组α1小时和α1(AD)小时亚单位在体细胞和树突中广泛表达。ZsGreen1荧光在对照组(103±4%)、α1小时-(100±9%)和α1(AD)小时(99±12%)转染细胞抗α1小时抗体特异性标记重组α1小时控制载体转染神经元的蛋白质(n个=16)与转染α1的人相比,A546荧光强度为2±1%小时(未显示数据)。α1小时转染α1的两个样品的免疫荧光强度与ZsGreen1强度相关小时(○,第页= 0.003,第页2=0.42)和α1(AD)小时(●、,第页= 0.017,第页2=0.35)(G公司). 与转染α1的神经元相比小时(n个=18),转染α1(AD)的神经元小时亚单位占α1的21±9%小时免疫反应性(H、 n个= 16,第页< 0.001).
图10。
图10。
α1(AD)亚单位对培养皮层神经元中mIPSC的影响。在五个单独的实验中,我们用对照-IRES-ZsGreen1(对照)、α1-IRES-ZsGreen1(野生型,α1)或α1(AD)-IRES-zsGreenl(α1(AD))转染DIV10培养的皮层神经元。在DIV17上,我们通过ZsGreen1荧光鉴定了转染的神经元,并记录了每个神经元的>100 mIPSCs事件。A类,我们显示了样本mIPSC电流轨迹。α1和α1(AD)亚单位的转染改变了mIPSC电流动力学(B类D类).B类,我们绘制了一个直方图,描述了mIPSC在横坐标和累积概率(问题)具有该衰减时间的mIPSC纵坐标.用控制载体转染的神经元(实线)衰变时间常数最大,其次是转染α1(AD)的(虚线)和α1(虚线,第页< 0.001). 插入,我们绘制了mIPSC衰减时间的中值。C类,我们绘制了一个直方图,描绘了横坐标以及mIPSC在纵坐标与α1(AD)转染的神经元相比,转染对照亚单位的神经元具有更大的mIPSC振幅,后者的振幅比转染α1亚单位的大(第页< 0.001). mIPSC振幅中值绘制在插图。D类,我们显示了野生型的平均(>100个事件)mIPSC跟踪(黑色)和α1(AD)转染神经元(灰色)在转染α1(AD)亚单位的神经元中,显示了加速衰退和降低mIPSC振幅。*,第页< 0.05.
图11。
图11。
α1(AD)亚基对表面GABA影响的模型A类R表达和亚型组成。该图描述了α1(AD)亚单位如何减少野生型表面GABA的模型A类R表达并改变其组成。GABA公司A类R在ER中组装(A–C)以及通往质膜的流量(d日--F类). 成熟时,野生型神经元(重量,A类D类)主要表达α1β2γ2受体(红色)但也表达不含α1的GABAA类R(此处描述为α3 GABAA类R、,绿色)因此,我们描绘了α1β2γ2与α3β2γ1受体的6:2比率。在纯单倍充分模型中(B类E类),所有错误折叠的α1(AD)亚单位(蓝色)在没有与野生型GABA相互作用的情况下被降解A类R.因此,单倍体神经元表达减少的α1β2γ2受体和不变的不含α1的GABAA类R.IPSC电流动力学的时间进程是由含有α1和α3亚基的受体所贡献的电流引起的,这些受体通过其在神经元表面上的丰度进行加权。因此,如图所示,α1/α3权重将从野生型神经元的6/2降至α1单倍体神经元的3/2,从而产生更类似于含有GABA的α3亚单位的IPSCA类单倍体神经元中的R与野生型神经元相比。我们的数据更符合单倍体充足加显性负模型(C类F类). 在这个模型中,神经元降解一些α1(AD)亚单位,但也保留一些错误折叠的α1(AD)亚单位(蓝色)在内质网中,与α1β2γ2受体相比,它可以结合并保留更多的α3β2γ2。此处显示为α1(AD)保持α1亚单位受体和½α3亚单位受体。野生型GABA的保留A类与α1单倍体神经元相比,单倍体+显性阴性病例中R的表达在更大程度上降低了IPSC峰值振幅。此外,含有α3亚单位受体的选择性保留将α1/α3权重从3/2增加到2/1,从而产生与含有GABA的α1亚单位更相似的IPSC电流动力学A类比α1单倍体充分条件下的R。

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