Low-dose rapamycin extends lifespan in a mouse model of mtDNA depletion syndrome

doi:10.1093/hmg/ddx341

.2017年12月1日；26(23):4588-4605.

doi:10.1093/hmg/ddx341。

低剂量雷帕霉素延长线粒体DNA缺失综合征小鼠模型的寿命

斯蒂芬妮·西格蒙德¹, 华阳², 罗希特·夏尔马³, 马丁·贾沃斯⁴, 欧文·斯金纳³, Vamsi Mootha公司³, 平野敏雄², 埃里克·肖恩^2 5

附属机构

¹细胞、分子和生物物理研究系。
²神经病学系。
³马萨诸塞州波士顿总医院分子生物学系，邮编02114。
⁴美国德克萨斯州圣安东尼奥市德克萨斯大学精神病学系，邮编78229。
⁵美国纽约州纽约市哥伦比亚大学医学中心遗传与发展系，邮编10032。

PMID： 28973153
预防性维修识别码：项目编号5886265
内政部： 10.1093/hmg/ddx341

低剂量雷帕霉素延长线粒体DNA缺失综合征小鼠模型的寿命

斯蒂芬妮·西格蒙德等。人类分子遗传学. 2017.

.2017年12月1日；26(23):4588-4605.

doi:10.1093/hmg/ddx341。

作者

斯蒂芬妮·西格蒙德¹, 华阳², 罗希特·夏尔马³, 马丁·贾沃斯⁴, 欧文·斯金纳³, Vamsi Mootha公司³, 平野美雄², 埃里克·肖恩^2 5

附属机构

¹细胞、分子和生物物理研究系。
²神经病学系。
³美国马萨诸塞州波士顿市马萨诸塞总医院分子生物学系，邮编02114。
⁴美国德克萨斯州圣安东尼奥市德克萨斯大学精神病学系，邮编78229。
⁵美国纽约州纽约市哥伦比亚大学医学中心遗传与发展系，邮编10032。

PMID： 28973153
预防性维修识别码：下午5886265
内政部： 10.1093/hmg/ddx341

摘要

影响氧化磷酸化（OxPhos）的线粒体疾病是由核基因组和线粒体基因组的突变引起的。一种有希望的治疗候选药物是雷帕霉素，该药物已在多种动物模型中被证明可以延长寿命，并且之前在缺乏指定OxPhos结构亚单位（Ndufs4）的核编码基因的敲除小鼠模型中被证实可以改善线粒体疾病。在该模型中，通过一种未知机制，相对高剂量的雷帕霉素腹腔注射延长了寿命并改善了神经疾病标记物。在这里，我们将低剂量的雷帕霉素口服给真实线粒体DNA疾病的敲入（KI）小鼠模型，特别是线粒体核苷酸补救酶胸腺嘧啶激酶2（TK2）突变导致的进行性线粒体DNA缺失综合征。重要的是，低剂量口服雷帕霉素足以显著延长Tk2KI/KI小鼠的寿命，并且在线粒体功能障碍没有明显改善的情况下也能延长寿命。我们没有发现雷帕霉素通过经典途径（包括线粒体自噬）提高存活率的证据。然而，转录组学和代谢组学分析揭示了系统代谢变化，表明存在潜在的“雷帕霉素代谢特征”这些变化还意味着雷帕霉素可能使Tk2KI/KI小鼠能够利用替代能量储备，并可能触发通过发育重编程改变死亡率的间接信号事件。从治疗的角度来看，我们的结果支持低剂量雷帕霉素虽然没有针对潜在的线粒体DNA缺陷，但可能是治疗线粒体DNA驱动的以及一些核DNA驱动的线粒体疾病的关键疗法。

©作者2017。牛津大学出版社出版。

PubMed免责声明

数字

**图1。**
雷帕霉素治疗延长TK2小鼠的寿命。(A类)雷帕霉素通过饮用水口服给母鼠，从受孕开始，一直持续到小鼠的整个寿命（没有TK2小鼠在断奶后存活下来）。对水坝的剂量为0.8 妊娠期mg/kg，增加至4 mg/kg（交付时）。(B)卡普兰-迈尔曲线表示雷帕霉素处理（粗线）和未处理（细线）小鼠的存活率。在此期间，野生动物的同窝伙伴没有死亡，也没有显示。虚线表示50%的死亡率。治疗组与未治疗组TK2小鼠的寿命延长中位数为～60%；最大寿命为～35%；对数秩检验*P（P）*-价值===========================================================================3.4 × 10⁻⁵.n个，每组小鼠总数。

**图2。**
雷帕霉素治疗方案。(A类)用HPLC在处死时测量所示小鼠的全血（ng/ml）、肝脏（ng/g）和大脑（ng/g）中的雷帕霉素浓度。点代表单个动物，并显示总数。线表示平均值。(B)代表性的western blot显示未经治疗和雷帕霉素处理的雌性小鼠WT和TK2肝脏和大脑中的rpS6在Ser240/244的磷酸化，并与总rpS6和β-actin进行比较。(C类)雌性小鼠肝脏和大脑中LC3-I和LC3-II的代表性western blot；右侧定量LC3-II/LC3-I；肝脏n个===========================================================================7; 脑n个===========================================================================5). 所有实验的量化都是正确的，未经处理；R、雷帕霉素治疗；不另作说明，不重要。

**图3。**
雷帕霉素不能改善TK2小鼠的适应性。(A类)每天测量雷帕霉素处理过和未处理过的幼崽的幼鼠体重，并指示未处理的WT（黑色填充方块）、雷帕霉素治疗过的WT、未处理的TK2（灰色填充方块）和雷帕霉素治过的TK1（灰色开方块）小鼠的体重。误差线表示标准偏差（如适用）。(B)WT和TK2处理和未处理小鼠在15天时的代表性图像，并显示重量。(C类)通过记录小鼠在旋转杆上停留的时间长度（最多30分钟），使用旋转杆试验评估运动功能 s.显示了平均值，误差条表示标准偏差，星号表示Welch’s在95%置信区间下与未处理WT相比的显著性*P（P）*-价值；n个 = 7适用于未经治疗的WT和TK2组，n个===========================================================================雷帕霉素处理的WT和TK2小鼠为9。其他符号如图2所示。

**图4。**
雷帕霉素不影响经治疗的TK2小鼠大脑中的线粒体DNA疾病。(A类)大脑mtDNA水平的定量[相对于核DNA(*Gapdh公司*)]通过qPCR检测15至18日龄幼鼠(n个===========================================================================11,n个===========================================================================12,n个===========================================================================10，和n个===========================================================================13分别用于未经治疗的WT、雷帕霉素治疗的WTs、未经治疗TK2和雷帕霉素处理的TK2小鼠）。(B)代表性western blot和定量(n个===========================================================================6）呼吸复合物I–V的代表性亚单位，归一化为TOM20。(C类)代表性western blot和定量(n个===========================================================================6）对于TFAM、TOM20和β-肌动蛋白；TFAM相对于TOM20进行定量，TOM20相对于β-肌动蛋白进行定量(n个===========================================================================6). (D类)使用Seahorse XFe24流量分析仪和标准电子流分析法测量脑组织分离线粒体的复合物IV活性；值被归一化为线粒体总含量(n个===========================================================================5). (E类)用qRT-PCR定量PGC-1α信号(n个===========================================================================5). 对于所有图表，数值均显示为相对于未处理WT的百分比，误差条表示标准偏差，显著性由韦尔奇检验t吨-在95%置信度下进行测试。其他符号如图3所示。

**图5。**
雷帕霉素的典型途径在TK2脑中不受干扰。(A类)LC3-II/LC3-I的代表性蛋白质印迹和定量(n个===========================================================================4），BCL2L13标准化为TOM20(n个===========================================================================6），pAMPK归一化为β-actin(n个===========================================================================7）和己糖激酶（HK）归一化为β-肌动蛋白(n个===========================================================================8). (B)CPT1活性测定(n个===========================================================================所有组均为4）。对于所有图表，数值均显示为相对于未处理WT的百分比，误差条表示标准误差**P（P）<* 0.05. 其他符号如图3所示。

**图6。**
RNA序列分析。基于PANTHER GO-Slim生物过程基因本体分类的过度表示分析，通过DESeq2（蓝条）和edgeR（红条）算法识别差异表达基因，用于指示的比较（每种情况下3个生物复制）。横线表示对数₂所示GO类别的折叠富集，表示该过程是（正值）或不是（负值）组间差异的重要来源的相对可能性。(A类)大脑(B)肝脏。

**图7。**
通过主成分分析对代谢组学数据进行无监督分析。对4个治疗组中的所有32只小鼠进行PCA：未经治疗的WT、经雷帕霉素治疗的WP、未经处理的TK2和经雷帕素治疗的TK2。(A类)使用未经治疗的WT小鼠大脑、肝脏和血浆中常见的约55种经鉴定的化合物对PCA进行阳性对照(n个===========================================================================7). (**B–D类**)使用血浆（B）、肝脏（C）和大脑（D）中25-30种变化最显著的化合物对所有32只小鼠进行PCA。彩色椭圆表示所指示的生物组的95%置信范围。

请参阅PMC中的此图像和版权信息

类似文章

雷帕霉素提高线粒体疾病果蝇模型的存活率。
Wang A、Mouser J、Pitt J、Promislow D、Kaeberlein M。 Wang A等。 Oncotarget公司。2016年12月6日；7(49):80131-80139. doi:10.18632/noctarget.12560。 Oncotarget公司。2016 PMID：27741510 免费PMC文章。
人类其他基因组线粒体DNA耗竭综合征。
Elpeleg O、Mandel H、Saada A。 Elpeleg O等人。《分子医学杂志》（柏林）。2002年7月；80(7):389-96. doi:10.1007/s00109-002-0343-5。Epub 2002年5月24日。《分子医学杂志》（柏林）。2002 PMID：12110944
起病后，口服雷帕霉素只能在超最大剂量下延缓线粒体脑病的发展。
Felici R、Buonvicino D、Muzzi M、Cavone L、Guasti D、Lapucci A、Pratesi S、De Cesaris F、Luceri F、Chiarugi A。 Felici R等人。神经药理学。2017年5月1日；117:74-84. doi:10.1016/j.neuropharm.2017.01.039。Epub 2017年2月1日。神经药理学。2017 PMID：28161373
胸苷激酶2酶动力学阐明了胸苷诱导线粒体DNA耗竭的机制。
孙锐、王莉。 Sun R等人。生物化学。2014年10月7日；53(39):6142-50. doi:10.1021/bi5006877。Epub 2014年9月23日。生物化学。2014 PMID：25215937 审查。
线粒体疾病的动物模型。
华莱士特区。华莱士特区。方法分子生物学。2002;197:3-54. doi:10.1385/1-59259-284-8:003。方法分子生物学。2002 PMID：12013805 审查。

查看所有类似文章

引用人

Geroprotector药物和运动：健康长寿的朋友还是敌人？
Elliehausen CJ、Anderson RM、Diffee GM、Rhoads TW、Lamming DW、Hornberger TA、Konopka AR。 Elliehausen CJ等人。 BMC生物。2023年12月8日；21(1):287. doi:10.1186/s12915-023-01779-9。 BMC生物。2023 PMID：38066609 免费PMC文章。审查。
线粒体疾病小鼠模型的神经表型及其与人类神经病理学的相关性。
Olkhova EA、Smith LA、Bradshaw C、Gorman GS、Erskine D、Ng YS。 Olkhova EA等人。国际分子科学杂志。2023年6月2日；24(11):9698. doi:10.3390/ijms241219698。国际分子科学杂志。2023 PMID：37298649 免费PMC文章。审查。
用mTOR抑制剂靶向衰老生物学。
Mannick JB，Lamming DW公司。 Mannick JB等人。自然老化。2023年6月；3(6):642-660. doi:10.1038/s43587-023-00416-y。电子出版2023年5月4日。自然老化。2023 PMID：37142830 免费PMC文章。审查。
自噬诱导剂雷帕霉素治疗可减少IFN-I介导的炎症，并改善体内抗HIV-1 T细胞反应。
Mu W、Rezek V、Martin H、Carrillo MA、Tomer S、Hamid P、Lizarraga MA、Tibbe TD、Yang OO、Jamieson BD、Kitchen SG、Zhen A。 Mu W等人。 JCI洞察力。2022年11月22日；7（22）：e159136。doi:10.1172/jci.insight.159136。 JCI洞察力。2022 PMID：36509289 免费PMC文章。
衰老的表观遗传调控：对衰老和疾病干预的启示。
王凯、刘浩、胡强、王莉、刘杰、郑Z、张伟、任杰、朱峰、刘国华。王凯等。信号传输目标热。2022年11月7日；7（1）:374。doi:10.1038/s41392-022-01211-8。信号传输目标热。2022 PMID：36336680 免费PMC文章。审查。

查看所有“被引用”文章

工具书类

1. Alston C.L.、Rocha M.C.、Lax N.Z.、Turnbull D.M.、Taylor R.W.（2017）线粒体疾病的遗传学和病理学。病理学杂志。，241, 236–250.-项目管理咨询公司-公共医学
1. Ferrari M.、Jain I.H.、Goldberger O.、Rezogli E.、Thoonen R.、Chen K.-H.、Sosnovik D.E.、Scherrer-Crosbie M.、Mootha V.K.、Zapol W.M.（2017）低氧治疗可逆转Leigh综合征小鼠模型中的神经退行性疾病。程序。国家。阿卡德。科学。美国，114，E4241–E4250。-项目管理咨询公司-公共医学
1. Jain I.H.、Zazzeron L.、Goli R.、Alexa K.、Schatzman-Bone S.、Dhillon H.、Goldberger O.、Peng J.、Shalem O.、Sanjana N.E.等人（2016），缺氧是线粒体疾病的一种治疗方法。科学，352，54–61。-项目管理咨询公司-公共医学
1. Garone C.、Garcia-Diaz B.、Emmanuele V.、Lopez L.C.、Tadesse S.、Akman H.O.、Tanji K.、Quinzii C.M.、Hirano M.（2014）《胸腺嘧啶激酶2缺乏症的脱氧嘧啶单磷酸旁路治疗》。EMBO分子医学，61016–1027。-项目管理咨询公司-公共医学
1. Halter J.P.、Michael W.、Schupbach M.、Mandel H.、Casali C.、Orchard K.、Collin M.、Valcarcel D.、Rovelli A.、Filosto M.等人（2015）线粒体神经胃肠道脑肌病异基因造血干细胞移植。大脑，138，2847–2858。-项目管理咨询公司-公共医学

MeSH术语

行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动
行动

物质

行动
行动
行动
行动
行动

赠款和资金

LinkOut-更多资源

[1] Alston C.L.、Rocha M.C.、Lax N.Z.、Turnbull D.M.、Taylor R.W.（2017）线粒体疾病的遗传学和病理学。病理学杂志。，241, 236–250.-项目管理咨询公司-公共医学

[2] Alston C.L.、Rocha M.C.、Lax N.Z.、Turnbull D.M.、Taylor R.W.（2017）线粒体疾病的遗传学和病理学。病理学杂志。，241, 236–250.-项目管理咨询公司-公共医学

[3] Ferrari M.、Jain I.H.、Goldberger O.、Rezogli E.、Thoonen R.、Chen K.-H.、Sosnovik D.E.、Scherrer-Crosbie M.、Mootha V.K.、Zapol W.M.（2017）低氧治疗可逆转Leigh综合征小鼠模型中的神经退行性疾病。程序。国家。阿卡德。科学。美国，114，E4241–E4250。-项目管理咨询公司-公共医学

[4] Ferrari M.、Jain I.H.、Goldberger O.、Rezogli E.、Thoonen R.、Chen K.-H.、Sosnovik D.E.、Scherrer-Crosbie M.、Mootha V.K.、Zapol W.M.（2017）低氧治疗可逆转Leigh综合征小鼠模型中的神经退行性疾病。程序。国家。阿卡德。科学。美国，114，E4241–E4250。-项目管理咨询公司-公共医学

[5] Jain I.H.、Zazzeron L.、Goli R.、Alexa K.、Schatzman-Bone S.、Dhillon H.、Goldberger O.、Peng J.、Shalem O.、Sanjana N.E.等人（2016），缺氧是线粒体疾病的一种治疗方法。科学，352，54–61。-项目管理咨询公司-公共医学

[6] Jain I.H.、Zazzeron L.、Goli R.、Alexa K.、Schatzman-Bone S.、Dhillon H.、Goldberger O.、Peng J.、Shalem O.、Sanjana N.E.等人（2016），缺氧是线粒体疾病的一种治疗方法。科学，352，54–61。-项目管理咨询公司-公共医学

[7] Garone C.、Garcia-Diaz B.、Emmanuele V.、Lopez L.C.、Tadesse S.、Akman H.O.、Tanji K.、Quinzii C.M.、Hirano M.（2014）《胸腺嘧啶激酶2缺乏症的脱氧嘧啶单磷酸旁路治疗》。EMBO分子医学，61016–1027。-项目管理咨询公司-公共医学

[8] Garone C.、Garcia-Diaz B.、Emmanuele V.、Lopez L.C.、Tadesse S.、Akman H.O.、Tanji K.、Quinzii C.M.、Hirano M.（2014）《胸腺嘧啶激酶2缺乏症的脱氧嘧啶单磷酸旁路治疗》。EMBO分子医学，61016–1027。-项目管理咨询公司-公共医学

[9] Halter J.P.、Michael W.、Schupbach M.、Mandel H.、Casali C.、Orchard K.、Collin M.、Valcarcel D.、Rovelli A.、Filosto M.等人（2015）线粒体神经胃肠道脑肌病异基因造血干细胞移植。大脑，138，2847–2858。-项目管理咨询公司-公共医学

[10] Halter J.P.、Michael W.、Schupbach M.、Mandel H.、Casali C.、Orchard K.、Collin M.、Valcarcel D.、Rovelli A.、Filosto M.等人（2015）线粒体神经胃肠道脑肌病异基因造血干细胞移植。大脑，138，2847–2858。-项目管理咨询公司-公共医学

将引文保存到文件

电子邮件引文

添加到集合

添加到我的书目

您保存的搜索

为外部引文管理软件创建文件

您的RSS源

低剂量雷帕霉素延长线粒体DNA缺失综合征小鼠模型的寿命

附属机构

低剂量雷帕霉素延长线粒体DNA缺失综合征小鼠模型的寿命

作者

附属机构

摘要

数字

类似文章

引用人

工具书类

MeSH术语

物质

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源

医疗

分子生物学数据库

摘要

数字

类似文章

引用人

工具书类

MeSH术语

物质

相关信息

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源

医疗

分子生物学数据库