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.2019年2月13日;2(1):e201900325。
doi:10.26508/lsa.201900325。 打印2019年2月。

载脂蛋白E在衰老和神经退行性变中的相反作用

附属公司

载脂蛋白E在衰老和神经退行性变中的相反作用

埃洛伊斯·哈德里等。 生命科学联盟. .

摘要

载脂蛋白E(APOE)对大脑功能的影响仍然存在争议。在阿尔茨海默病(AD)小鼠模型中,去除APOE不仅会损害认知功能,还会减少神经炎淀粉样斑块。APOE能同时保护和损害神经回路吗?在这里,我们分离了APOE在AD和衰老中的作用,以确定其对神经元功能和突触完整性的影响。使用清醒小鼠的双光子钙成像来记录视觉诱发反应,我们发现,APOE的基因去除改善了成年APP/PSEN1小鼠(8-10个月)的神经元反应。这些动物也表现出较少的神经炎斑块,周围突触丢失较少,神经性营养不良和反应性胶质细胞较少。令人惊讶的是,老年小鼠(18-20个月)缺乏APOE,即使没有淀粉样蛋白,也会干扰视觉诱发反应。这些结果表明,APOE在AD与衰老中的作用是分离的:APOE可能在淀粉样蛋白沉积的早期阶段具有神经毒性,尽管在衰老的后期具有神经保护作用。

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利益冲突声明

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数字

图1。
图1.视觉诱发反应体内记录的实验设置。
(A)在主要视觉皮层V1中记录钙瞬变,同时向对侧眼睛呈现八个不同的漂移光栅(屏幕-眼睛距离,20厘米;屏幕-中线角度,60奥朗)。下面板显示了在AAV立体定向注射一个月后在神经元中检测到的AAV-CBA-YC信号的典型体内双光子图像。(B)(A)中单独选择的三个神经元的平均轨迹示例表明,在同一视野内,从无反应(3号细胞)到广泛反应(2号细胞),以及对刺激物的特定方向选择性反应的神经元(1号细胞)的反应都是高度异质的。条形图:100μm。
图S1。
图S1:用于记录视觉诱发神经元反应的动物队列。
(A)表总结了用于在体记录视觉诱发反应的动物队列的特征。(B)野生型、APP/PSEN1、APOE视皮层AAV-CBA-YC3.6转导神经元的代表性双光子图像无效的和APP/PSEN1/APOE无效的,表明与非反应细胞(蓝色)相比,存在少量反应细胞(红色)。在APP/PSEN1(箭头)和APP/PSEN1/APOE中腹腔注射甲氧基-XO4后,淀粉样沉积物可见无效的老鼠。比例尺=100μm。
图2。
图2:“响应者”和“非响应者”比例。
(A)散点图表示在每只动物中分析的所有神经元中对视觉刺激作出反应的神经元的百分比。(B)具有代表性的痕迹或视觉诱发的神经元反应,显示在同一成像过程中,同一视野中同时存在宽而无反应的细胞。(C)基因型间“无反应”细胞百分比的散点图(根据相同视野内的反应神经元数量计算)。n=18野生型,n=13 APOE无效的,n=18 APP/PSEN1,n=16 APP/APOE无效的小鼠(成年组和老年组);Kruskal–Wallis检验和事后Dunn多重比较检验*P(P)< 0.05.
图S2。
图S2.成像期间视野之间响应神经元比例的变化。
(A)同一天,在同一只动物(APP/PSEN1小鼠,淀粉样蛋白沉积由蓝色箭头指示)的两个不同视野中AAV-CBA-YC3.6神经元的代表性双光子图像被记录下来。(B)圈出了所有对视觉刺激有反应的细胞,表明反应神经元的局部比例可以根据所拍摄的每个视野发生很大变化(从88%到19%)。
图S3。
图S3:基因型和年龄对应的“无反应”神经元的百分比。
散点图表示不同基因型和年龄组的“无反应”细胞的百分比。尽管APP/PSEN1“老龄”组的平均计算值(23.91±15.72)比成年APP/PSEN1小鼠(12.14±11.8)增加,但差异没有达到显著性(P(P)= 0.1882).
图3。
图3.野生型APOE对视觉刺激的调节无效的、APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE无效的老鼠。
(A)散点图表示在野生型APOE中记录视觉诱发反应后计算的DSI(左侧面板)和OSI(右侧面板)无效的、APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE无效的老鼠。(B)与其他基因型相比,为所有响应神经元计算的DSI和OSI累积分布显示,APP/PSEN1中调谐不良神经元的比例增加,但APOE中的OSI分布除外无效的老鼠。n=18野生型,n=13 APOE无效的,n=18 APP/PSEN1,n=16 APP/APOE无效的小鼠(成年组和老年组);数据对数变换后的线性混合模型*P(P)< 0.05.
图S4。
图S4野生型APOE中OSI和DSI随老化的变化无效的、APPSEN1和APP/SPEN1/APOE无效的老鼠。
(A)散点图表示成年或老年野生型APOE中的DSI(左侧面板)和OSI(右侧面板)无效的、APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE无效的老鼠。已经进行了成对比较,以评估每个基因型中年龄的影响。(B)野生型小鼠(参考组)和年龄匹配的APOE之间DSI(左侧面板)和OSI(右侧面板)的成对比较无效的、APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE无效的动物。n=4-11只动物/组*P(P)< 0.05.
图4。
图4.APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE中的淀粉样病变无效的老鼠。
(A)APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE皮层淀粉样蛋白总量的代表性图像无效的抗Aβ免疫染色(IH)后10个月龄的小鼠。如下图所示,淀粉样蛋白的总负荷在基因型之间具有可比性,但在缺乏APOE的情况下,Methoxy-XO4检测到的致密核斑块数量大大减少。(B)散点图表示APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE淀粉样蛋白负荷的体视学定量无效的抗Aβ免疫染色或Methoxy-XO4标记后的动物(包括成年和老年组)。(C)散点图表示APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE中斑块密度的体视学量化无效的动物。(D)每只小鼠计算的IH/甲氧基比率表明,淀粉样蛋白沉积主要分布在APP/PSN1/APOE中无效的小鼠与APP/PSEN1进行比较。(E)TBS-可溶性Aβ40和Aβ42浓度的生化定量显示,与APP/PSEN1小鼠(两个年龄组合并)相比,缺乏APOE的小鼠中Aβ肽的水平更低。(F)在量化FA Aβ40和Aβ42的水平时,观察到了类似的结果。(G)当从TBS脑提取物中测量Aβ低聚物的浓度时,观察到类似的差异。比例尺=1000μm。n=10-18只小鼠/组;未成对的t吨测试*P(P)< 0.05, **P(P)< 0.001, ***P(P)< 0.0005.
图5。
图5成人APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE中的抗体依赖性突触缺失和神经炎性营养不良无效的老鼠。
(A)抗体(1C22)、突触前终末(抗突触素I,红色)、突触后密度(抗PS95,绿色)和细胞核(DAPI,蓝色)免疫染色后的阵列层析色带代表性图像。可以了解APP/APOE脑内淀粉样蛋白的扩散程度无效的与APP小鼠中观察到的致密染色进行比较。比例尺=10μm。(B)散点图总结了野生型APOE皮层中PSD95(左面板)和突触蛋白(右面板)阳性点的密度无效的、APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE无效的老鼠。在AD转基因小鼠中,仅在淀粉样斑块附近观察到突触密度显著降低。n=6只小鼠/组(10-12个月“成人”队列);双向方差分析和Tukey的事后检验*P(P)<0.05和***P(P)< 0.0001.(C)在APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE中观察到淀粉样斑块周围神经炎性营养不良的典型图像(箭头)无效的小鼠,表明在表达内源性小鼠载脂蛋白E的小鼠中发现了大多数轴突萌芽。比例尺=50μm。(D)散点图总结了每个淀粉样蛋白区域观察到的营养不良数量的体视学量化(通过免疫组织学染色评估)。n=6只小鼠/组(10-12个月“成人”队列);Mann–Whitney测试*P(P)< 0.005.
图S5。
图S5成人和老年APP/PSN1和APP/PSN1/APOE淀粉样蛋白病理学的比较无效的老鼠。
(A)散点图表示APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE中淀粉样蛋白负荷(A)的体视学定量无效的动物在抗Aβ免疫染色后(左面板)或Methoxy-XO4标记后(右面板)。(B)散点图表示相同动物斑块密度的体视量化。n=8只成年和n=5只老年APP/PSEN1小鼠;n=6只成年和n=7只老年APP/PSEN1小鼠;单因素方差分析和事后邓恩多重比较检验*P(P)< 0.05, **P(P)< 0.005.
图S6。
图S6.成人和老年APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE大脑中TBS-、FA-可溶性Aβ40/42和Aβ低聚物的定量无效的老鼠。
(A)依次从成人和老年人APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE脑组织中提取脑组织,用ELISA法测定TBS-可溶性Aβ40和Aβ42的浓度无效的老鼠。(B)来自相同脑样本的FA-可溶性Aβ40和Aβ42的相应浓度。(C)我们还测定了TBS中Aβ低聚物的数量,并在老年AD小鼠中观察到较高浓度的神经毒性淀粉样蛋白。n=5-11只小鼠/组;单因素方差分析和事后邓恩多重比较检验*P(P)< 0.05.
图S7。
图S7:小鼠皮层突触体体富集。
(A)通过免疫印迹法检测PSD95,确认制剂的纯度,PSD95只能在总(TOT)和突触体(SNS)组分中检测到。正如预期的那样,在细胞溶质(CYT)部分中没有观察到信号,而肌动蛋白在所有考虑的部分中的存在是等效的。(B)量化每个基因型的PSD95归一化为肌动蛋白的数量。n=6只小鼠/组(10-12个月“成人”队列);单因素方差分析和事后邓恩多重比较检验。
图S8。
图S8.突触体分馏后通过Western blotting检测选定的兴奋性和抑制性神经递质受体。
(A)用特异性抗体检测兴奋性谷氨酸受体NMDAR1、NMDAR2A、NM达尔2B和(B)两类抑制性GABA受体(A和B)。(C)对每只动物GAPDH标准化信号密度的量化结果显示,APOE中GABA受体的数量只出现了微小的显著减少无效的与野生型对照组相比。n=6-10只小鼠/组(10-12个月“成人”队列);单因素方差分析和事后邓恩多重比较检验。
图S9。
图S9 Aβ和突触终末之间的协同放大以及通过阵列层析成像评估突触体积。
(A)野生型APOE皮层组织中Aβ(1C22)、突触素前(PSD95)突触终末染色后的阵列断层扫描图像无效的、APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE无效的老鼠。白色箭头(突触前)或箭头(突触后)表示Aβ和突触终末之间的共同定位。(B)APP和APP/APOE中1C22/PSD95和1C22/突触蛋白共定位百分比的比较无效的在这些组之间,小鼠没有表现出任何显著差异(斑块附近的区域被认为是抗淀粉样抗体1C22显着染色的区域)。(C)散点图表示从所有实验组之间的PSD95(左面板)或Synapsin 1(右面板)点计算的突触体积。尽管淀粉样蛋白沉积周围的突触明显较小,但APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE之间没有差异无效的老鼠。此外,无论Aβ是否与每个突触标记物共定位,均观察到突触收缩。n=6只小鼠/组(10-12个月“成人”队列);单因素方差分析***P(P)< 0.0001.
图6。
图6缺乏APOE的APP/PSEN1小鼠的胶质细胞反应性降低。
(A)代表APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE无效的成年小鼠。(B)APP/PSEN1和APP/PSEN1/APOE淀粉样沉积物周围GFAP阳性星形胶质细胞(绿色)密度的代表性图像(左侧)和体视学评估(右侧)无效的成年小鼠。在每种情况下,斑块周围不到50μm处的Iba-1阳性小胶质细胞或GFAP阳性星形胶质细胞总数报告到斑块表面。比例尺=100μm。n=7只小鼠/组(10-12个月“成人”队列);Mann–Whitney测试*P(P)< 0.005, **P(P)< 0.001.

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引用人

工具书类

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    1. Arbel Ornath M、Hudry E、Boivin JR、Hashimoto T、Takeda S、Kuchibholta KV、Hou S、Lattarulo CR、Belcher AM、Shakerdge N等人(2017)可溶性低聚淀粉样蛋白β诱导活体小鼠大脑中突触丧失之前的钙稳态失调。摩尔神经变性剂12:27 10.1186/s13024-017-0169-9-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
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