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.2018年5月9日；38(19):4569-4583.
doi:10.1523/JNEUROSCI.2840-17.2018。 Epub 2018年4月13日。

神经变性脑中Tip60 HAT/HDAC2平衡的恢复缓解表观基因转录抑制并恢复认知

Priyalakshmi Panikker公司 1, 徐松军 1, 张浩林 1, 杰西卡·萨蒂 1, 玛丽亚·海狸 1, 阿夫尼·谢斯 1, Sunya Akhter公司 1, 费利斯·Elefant 2
附属公司

神经变性脑中Tip60 HAT/HDAC2平衡的恢复缓解表观基因转录抑制并恢复认知

Priyalakshmi Panikker公司等。 神经科学. .

摘要

认知能力下降是阿尔茨海默病（AD）临床前阶段的一个衰弱标志，但其原因尚不清楚。由于组蛋白乙酰化内稳态对于介导整个神经元发育过程中的表观遗传基因控制至关重要，我们假设其调控不当会导致AD病理之前的认知障碍。在这里，我们发现Tip60组蛋白乙酰转移酶（HAT）/组蛋白去乙酰化酶2（HDAC2）稳态的破坏早在AD相关淀粉样前体蛋白（APP）的大脑中发生果蝇属模型，并在雄性和雌性幼虫中形成Aβ斑块之前很久触发神经可塑性基因的表观遗传学抑制。抑制基因显示HDAC2结合增强，Tip60和组蛋白乙酰化富集减少。增加AD相关APP脑中Tip60通过降低HDAC2水平恢复Tip60 HAT/HDAC2平衡，逆转神经表观遗传改变以激活突触可塑性基因，并恢复大脑形态和认知。这样的果蝇属神经可塑性基因表观遗传特征在雄性和雌性小鼠海马中保守，AD患者海马中其表达和Tip60功能受损。我们认为，Tip60 HAT/HDAC2介导的表观遗传基因破坏是AD的关键初始步骤，通过在大脑中恢复Tip60可以逆转。重要性声明轻度认知障碍是阿尔茨海默病（AD）临床前阶段的一个特征，但其原因尚不清楚。尽管最近的研究结果支持组蛋白去乙酰化酶2（HDAC2）升高是导致导致认知缺陷的突触基因表观遗传抑制的原因，但组蛋白乙酰转移酶（HAT）水平是否发生改变以抵消HDAC2阻遏物的作用，这些HAT的身份尚不清楚。我们证明Tip60 HAT/HDAC2稳态在AD早期发生破坏果蝇属在Aβ斑块形成之前，大脑和触发神经可塑性基因的表观遗传抑制。增加AD大脑中的Tip60可恢复Tip60 HAT/HDAC2平衡，逆转神经表观遗传改变以激活突触基因，并恢复大脑形态和认知。我们的数据表明，Tip60 HAT/HDAC2平衡的破坏是AD的关键初始步骤。

关键词：阿尔茨海默病；Tip60；认知；组蛋白乙酰化；神经表观遗传学；神经可塑性基因。

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数字

图1。
图1。
通过增加Tip60 HAT水平恢复Tip60的HAT/HDAC2平衡中断。所示转基因在elav下表达155元泛神经元Gal4驱动器。A类,B类，代表性免疫印迹显示Tip60(A类)和HDAC2蛋白水平(B类)从30个三龄幼虫头上检测到指示基因型。C类,D类，密度计定量A类和B类数据来自五个独立的实验。E类用40个三龄幼虫脑组织进行RT-qPCR，这些脑组织在elav下表达指示的基因型155元泛神经元Gal4驱动器。直方图表示HDAC2 mRNA表达水平相对于w的相对折叠变化1118控制苍蝇。数据来自每个基因型的三个独立实验。以RP49为对照，采用ΔΔCt法计算折叠变化。所有实验的统计学显著性均使用Tukey’s的单因素方差分析计算事后（post-hoc）分析*第页< 0.05, **第页< 0.01. 误差条表示SEM。
图2。
图2。
通过增加Tip60 HAT水平，可以恢复早期AD脑中抑制的Tip60神经可塑性基因表达。用40个表达人APP和Aβ的三龄幼虫脑组织进行RT-qPCR42(A类)以及人类APP和APP；小费60重量(B类)在elav下155元泛神经元Gal4驱动器。直方图表示基因表达相对于w的相对折叠变化1118控制苍蝇。数据来自每个基因型的三个独立实验。以RP49为对照，采用ΔΔCt法计算折叠变化。使用Tukey的单向方差分析计算所有实验的统计显著性事后（post-hoc）分析*第页< 0.05, **第页<0.01***第页< 0.001. 误差条表示SEM。（底漆序列见图2-1）。
图3。
图3。
Tip60减少阻遏物HDAC2的募集，并恢复APP幼虫脑中突触可塑性基因的Tip60结合。从100个聚集的幼虫头中分离出染色质1118或Tip60E431Q型在elav下155元泛神经元Gal4驱动器。A类，直方图表示使用Tip60抗体的ChIP富集。所有数据均来自每个基因型的三个独立实验。虚线表示使用阴性对照引物扩增异染色质（hc）区域内片段的基线富集水平果蝇属染色体3L。使用未配对学生的t吨测试。B类，Tip60神经可塑性基因及其小鼠和人类同源物列表。从100个混合幼虫头上分离出每个指定基因型的染色质。C类,D类，直方图表示使用Tip60抗体的ChIP富集(C类)和HDAC2(D类). 所有数据均来自每个基因型的三个独立实验。虚线将测试基因与对照基因分开。使用Tukey的单因素方差分析计算统计学显著性事后（post-hoc）分析*第页< 0.05, **第页<0.01***第页< 0.001, ****第页<0.0001。误差条表示SEM。（底漆序列见图3-1）。
图4。
图4。
Tip60在APP幼虫脑中的Tip60神经可塑性基因位点恢复特定的表观遗传特征。在elav下，从100个聚集的幼虫头上分离出每个指定基因型的染色质155元泛神经元Gal4驱动器。A类–C类，使用H4K12Ac表示ChIP富集的直方图(A类)、H4K16Ac(B类)和H3K9Ac(C类)抗体。所有数据均来自每个基因型的三个独立实验。使用未配对学生的t吨测试。从100个混合幼虫头上分离出每个指定基因型的染色质。D类–F类，使用H4K12Ac表示ChIP富集的直方图(D类)、H4K16Ac(E类)和H4K5Ac(F类)抗体。所有数据均来自每个基因型的三个独立实验。ND，不可检测。使用Tukey的单向方差分析计算统计显著性事后（post-hoc）分析。G公司,H（H），使用Abs到Tip60表示ChIP富集的直方图(G公司)和H4K16Ac(H（H）)从6个月龄C57BL雄性和雌性混合对照小鼠的6个解剖海马或组织特异性对照肝组织中分离的染色质中的神经可塑性基因(n个= 6). 使用未配对学生的t吨测试*第页< 0.05, **第页<0.01***第页< 0.001, ****第页<0.0001。误差条表示SEM。
图5。
图5。
Tip60 HAT改善APP-神经变性患者的学习和记忆性能果蝇属幼虫。A类用于幼虫联想学习的嗅觉训练和测试板。为了训练，将三龄幼虫放在2.5%的琼脂平板上，在平板上涂一层薄薄的1米带有加臭剂（LIN）的SUC或DW位于盖子上的过滤盘上。训练30分钟后，将50–100只幼虫转移到试验板上。3分钟后，计算在半圆区域移动的幼虫数量，以确定RI。B类，在elav条件下，指示基因型的LIN/SUC和LIN/DW（对照）处理后幼虫RI的比较155元泛神经元Gal4驱动程序，指示关联学习。使用未配对学生的t吨测试。C类–E类、LIN/SUC和LIN/DW（对照）预处理后幼虫嗅觉反应的时间变化1118(C类)，应用程序(D类)、和APP；小费60重量(E类). 使用双向RM-ANOVA和Sidak’s计算统计显著性事后（post-hoc）分析。F类ΔRI中所示基因型的嗅觉记忆性能。ΔRI-计算为LIN/SUC和对照LIN/DW的RI差异(n个= 200). 使用双向RM-ANOVA和Tukey’s计算统计显著性事后（post-hoc）APP与APP对比分析；小费60重量在所有实验中，所有基因型的RI均使用其各自的运动速度进行标准化*第页< 0.05, **第页<0.01***第页< 0.001, ****第页<0.0001。误差条表示SEM。
图6。
图6。
增加Tip60 HAT水平可在APP-神经变性条件下挽救MB形态。A类–F类用mCD8-GFP显示幼虫和成虫MB的典型共焦图像，并用抗GFP染色，以描绘三龄幼虫和7日龄成虫脑中表达GFP驱动的转基因的MB；OK107-Gal4。比例尺，50μm。G公司,H（H），量化幼虫指示基因型的MB面积(n个=18）和成虫(n个= 12). Tukey的单向方差分析事后（post-hoc）分析用于确定幼虫和成年MB中不同基因型之间的统计意义。我,J型，量化幼虫指示基因型的大脑总面积(n个=7）和成虫(n个=12）用抗elav和抗HRP染色。Tukey的单向方差分析事后（post-hoc）通过分析确定幼虫和成年脑内不同基因型之间的统计意义*第页< 0.05, **第页< 0.01. 误差条表示SEM。
图7。
图7。
Tip60 HAT功能在人类AD海马体中受损。所示为正常对照的典型共焦图像(A类–D类)和AD(E类–H（H）)海马切片用DAPI（蓝色）双重染色Tip60（红色）和NeuN（绿色）。正常对照的典型共焦图像(我–L（左）)和AD(M（M）–对)海马切片用DAPI（蓝色）双重染色Tip60（红色）和GFAP（绿色）。对健康对照组和AD患者三个大脑的五个海马切片进行分析。比例尺：20μm。细箭头D类和L（左）分别表示DAPI、Tip60和NeuN或GFAP的共定位（白色）。中的粗箭头H（H）和对分别指示Tip60和NeuN或GFAP的共定位（黄色）。问，定量D类和H（H）表示Tip60被排除在细胞核之外的神经元百分比。每个点代表一个海马部分。对对照组和AD患者的每个海马切片进行25-30个神经元的评分。对健康对照组和AD患者三个大脑的五个海马切片进行分析。R（右）对正常和AD海马cDNA进行RT-qPCR(n个=3个大脑）。直方图表示AD海马中神经可塑性基因mRNA表达水平相对于正常对照海马的相对折叠变化。对每个生物样品进行RT-qPCR，一式三份，并使用ΔΔCt方法计算折叠变化，以GAPDH为对照。S公司，代表性免疫印迹显示正常和AD海马中Tip60、H4K5ac、H4K12ac和H4K16ac的水平(n个=3个大脑）。T型，直方图表示使用三个西方实验的数据对每个正常对照和AD海马样本进行密度计量化，如S公司。所有实验的统计显著性使用未配对学生的t吨测试*第页< 0.05, **第页<0.01***第页< 0.001, ****第页<0.0001。误差条表示SEM。
图8。
图8。
Tip60通过恢复AD大脑中Tip60 HAT/HDAC2的平衡促进神经健康。我们的结果支持AD临床前阶段MCI的模型，该模型涉及由于Tip60 HAT活性的丧失和HDAC2活性的增加而导致大脑中神经元乙酰化稳态的破坏。Tip60 HAT/HDAC2平衡的这种改变导致HDAC2向神经可塑性基因的不适当招募，导致其表达受到抑制。增加特定神经HAT（如Tip60）的细胞水平可以恢复大脑中的乙酰化稳态，从而恢复神经可塑性基因表达谱，从而促进神经健康。
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