Deterioration of mitochondrial bioenergetics and ultrastructure impairment in skeletal muscle of a transgenic minipig model in the early stages of Huntington's disease

doi:10.1242/dmm.038737

.2019年7月26日；12（7）：dmm038737。

doi:10.1242/dmm.038737。

亨廷顿病早期转基因小型猪模型的线粒体生物能量学恶化和骨骼肌超微结构损伤

附属公司

¹捷克共和国布拉格查理斯大学第一医学院儿科和青少年医学系线粒体疾病研究实验室，布拉格综合大学医院，12108布拉格2。
²细胞再生和细胞可塑性实验室，动物生理学和遗传学研究所AS CR，27721 Liběchov，捷克共和国。
^三奥斯陆大学医学生物化学系和奥斯陆大学医院，0372 挪威奥斯陆。
⁴捷克共和国布拉格查理斯大学第一医学院儿科和青少年医学系线粒体疾病研究实验室，布拉格综合大学医院，12108布拉格2hana.hansikova@lf1.cuni.cz。

PMID： 31278192
预防性维修识别码： PMC6679385型
内政部： 10.1242/dmm.038737

亨廷顿病早期转基因小型猪模型的线粒体生物能量学恶化和骨骼肌超微结构损伤

玛丽·罗迪诺娃等。 Dis模型机械. 2019.

.2019年7月26日；12（7）：dmm038737。

doi:10.1242/dmm.038737。

附属公司

¹捷克共和国布拉格查理斯大学第一医学院儿科和青少年医学系线粒体疾病研究实验室，布拉格综合大学医院，12108布拉格2。
²细胞再生和细胞可塑性实验室，动物生理学和遗传学研究所AS CR，27721 Liběchov，捷克共和国。
^三奥斯陆大学医学生物化学系和奥斯陆大学医院，0372 挪威奥斯陆。
⁴捷克共和国布拉格查理斯大学第一医学院儿科和青少年医学系线粒体疾病研究实验室，布拉格综合大学医院，12108布拉格2hana.hansikova@lf1.cuni.cz。

PMID： 31278192
预防性维修识别码： PMC6679385型
内政部： 10.1242/dmm.038737

摘要

骨骼肌萎缩和萎缩是亨廷顿病（HD）进展引起的较严重的临床损害之一。线粒体功能障碍可能在HD的病因中起重要作用，但在HD发展过程中，肌肉线粒体的具体情况尚未得到广泛研究。为了确定线粒体在HD早期骨骼肌中的作用，我们分析了24、36、48和66个月大的转基因小型猪的股四头肌，这些小型猪表达突变人类亨廷顿蛋白（TgHD）的N末端部分和年龄匹配的野生型（WT）兄弟。我们发现TgHD肌肉组织和线粒体的超微结构发生了改变。柠檬酸合成酶和呼吸链复合物（RCCs）I、II和IV的活性也显著降低，寡粘蛋白敏感相关蛋白（OSCP）和丙酮酸脱氢酶E2亚基（PDHE2）的数量减少，TgHD小型猪骨骼肌中视神经萎缩1蛋白（OPA1）和动力相关蛋白1（DRP1）的差异表达。统计分析确定了几个仅依赖于HD状态的参数，因此可以用作疾病进展的潜在生物标志物。特别是，生物标记物RCCII亚单位SDH30数量的减少表明，类似的致病机制是TgHD小型猪和HD患者疾病进展的基础。在出现超微结构改变和运动障碍之前，TgHD小型猪的生化表型受到干扰，这在48个月龄时变得明显。线粒体紊乱可能导致HD患者骨骼肌的能量抑制，这与该模型中观察到的运动问题一致。本文对第一作者进行了相关的第一人称访谈。

关键词：生物标记物；疾病发展；HD大动物模型；亨廷顿病；线粒体功能；骨骼肌；超微结构。

PubMed免责声明

利益冲突声明

竞争利益作者声明没有竞争利益或财务利益。

数字

**图1。**
**使用透射电子显微镜分析48个月龄WT和TgHD小型猪骨骼肌的超微结构。**（A） WT和TgHD肌肉中糖原积累、线粒体密度和肌原纤维排列。糖原在TgHD肌肉中以星号表示（顶部）。（B）在TgHD动物中观察到较高的线粒体密度和肌原纤维六边形组织的局部破坏（红框）。肌动蛋白的数量也增加了（黄色方框）；M、线粒体。所选对表示整个组的结果。TgHD，转基因；野生型野生型；K209、L93、动物识别号。

**图2。**
**HD发展过程中TgHD小型猪骨骼肌呼吸链复合物IV和柠檬酸合成酶功能损害的时间进程。**（A）与WT动物相比，TgHD动物的呼吸链复合物IV（COX）的比活性显著降低(*P（P）*=0.0271). （B） TgHD动物的复合物IV（CIV）依赖性呼吸显著降低(*P（P）*=0.0003). （C） TgHD组的呼吸参数CI/CIV比率显著增加，这可能表明TgHD-动物的RCCIV功能降低(*P（P）*=0.0164). （D） TgHD动物的柠檬酸合成酶活性显著降低(*P（P）*=0.0171). 对24、36、48和66岁时采集的样本进行分析月。在盒子-嘶嘶作图中，显示中值和四分位数。圆圈表示距相应四分位数大于1.5IQR的异常值。晶须显示非异常值的范围。方框代表TgHD和WT组，包括24至66个月龄的所有动物；指出了分析样品的数量。用分光光度法测量酶活性，用OROBOROS氧合图通过高分辨率呼吸测定法测量呼吸。

**图3。**
**在HD的发展过程中，TgHD小型猪骨骼肌中呼吸链复合体I的功能降低。**（A）复合物I+III的活性（NCCR，NADH：细胞色素*c（c）*还原酶）显著降低(*P（P）*=0.0249）。（B） TgHD动物的复合I依赖性呼吸（GM）显著降低(*P（P）*=0.0321). 对24、36、48和66岁时采集的样本进行分析月。在盒子-嘶嘶作图中，显示中值和四分位数。圆圈表示距相应四分位数大于1.5IQR的异常值。晶须显示非异常值的范围。方框代表TgHD和WT组，包括24至66个月龄的所有动物；指出了分析样品的数量。酶活性用分光光度法测量，呼吸用高分辨率呼吸测定法在OROBOROS血氧饱和度仪上测量。

**图4。**
**TgHD小型猪骨骼肌复合物II功能和蛋白表达的时程损害。**（A）与WT动物相比，TgHD动物的复合物II与柠檬酸合成酶活性的比率（SQR/CS参数）显著增加(*P（P）*=0.125). （B） TgHD动物的复杂II依赖性呼吸显著降低(*P（P）*=0.0008). （C） [1,4的氧化速率-¹⁴C] 与WT动物相比，TgHD动物中的琥珀酸表现出增加的趋势和不同的斜率，这可能表明需要增加RCCII的周转量。（D） TgHD动物中RCCII亚单位SDH30的表达显著低于WT动物(*P（P）*=0.0132). 所有年龄组的蛋白质含量均降低。（E）相反，RCCII的SDH70亚单位呈上升趋势，但各组之间没有显著差异。面板D和E中的强度表示通过western blot分析的蛋白质信号，并使用Quantity One 1-D分析软件（Bio-Rad）进行量化。在盒子-嘶嘶作图中，显示中值和四分位数。圆圈表示距相应四分位数大于1.5IQR的异常值。晶须显示非异常值的范围。方框代表TgHD和WT组，包括24至66个月龄的所有动物；指出了分析样品的数量。（F） 66岁时SDH30和SDH70亚基的代表性WB分析月。同一印迹中的相应蛋白质对用括号表示。对24岁、36岁、48岁和66岁时采集的样本进行了分析月。（G）使用Quantity One 1-D分析软件（Bio-Rad）对来自5个TgHD和5个WT肌肉的标准化蛋白质印迹信号进行定量（如图F所示）。酶活性用分光光度法测定，呼吸用高分辨率呼吸测定法在OROBOROS血氧饱和度仪上测定，蛋白质含量用特异性抗体（Abcam）进行蛋白质印迹分析。

**图5。**
**TgHD小型猪骨骼肌OXPHOS蛋白含量受损。**（A） TgHD小型猪和WT对照组骨骼肌线粒体的蓝染PAGE分析；48岁时的代表性分析显示月份。在TgHD肌肉中发现RCCI、V、III和IV数量减少。呼吸链复合体的位置如左图所示。（B）与WT动物相比，TgHD动物的OSCP水平降低(*P（P）*=0.0176). 面板B中的强度表示蛋白质的信号，通过western blot进行分析，并使用Quantity One 1-D分析软件（Bio-Rad）进行量化。在盒子-嘶嘶作图中，显示中值和四分位数。圆圈表示距相应四分位数大于1.5IQR的异常值。晶须显示非异常值的范围。方框代表TgHD和WT组，包括24至66个月龄的所有动物；指出了分析样品的数量。（C） 66岁RCCV OSCP和F1a亚单位的代表性western blot分析月；同一个印迹中的蛋白质对用括号表示。（D）使用Quantity One 1-D分析软件（Bio-Read）量化来自5块TgHD和5块WT肌肉的标准化western blot信号（如面板C所示）。

**图6。**
**衰老期间TgHD小型猪骨骼肌中选定线粒体膜蛋白的差异表达。**（A）与WT动物相比，TgHD动物OPA1的表达随着年龄的增长呈下降趋势。（B）与WT动物相比，TgHD动物的DRP1表达呈增加趋势。对24、36、48和66岁时采集的样本进行了蛋白质印迹分析月。面板A和B中的强度表示通过western blot分析的蛋白质信号，并使用Quantity One 1-D分析软件（Bio-Rad）进行量化。（C） 66岁时OPA1、DRP1和CORE2的典型蛋白质印迹分析月；同一个印迹中的蛋白质对用括号表示。（D）使用Quantity One 1-D分析软件（Bio-Read）量化来自5块TgHD和5块WT肌肉的标准化western blot信号（如面板C所示）。

**图7。**
**TgHD小型猪模型中HD表型发育的时间分割。**本出版物的结果为黑色；以前发布（或未发布）的数据以灰色显示。所显示的生化线粒体参数仅取决于HD疾病（标有#的蛋白质除外），而不取决于年龄或性别，因此我们建议将其作为HD发展的生物标记物。¹Baxa等人，2013年；²Macakova等人，2016年；^三Krizova等人，2017年；⁴Vidinska等人，2018年；⁵本出版物中描述的数据；⁶Askeland等人，2018b；⁷请参见电影1；⁸Taras Ardan，Z.E.等人，动物生理学和遗传学研究所AS CR，捷克共和国，未发表数据。酶活性：COX、细胞色素*c（c）*氧化酶（RCCIV）；CS，柠檬酸合成酶；NCCR，NADH-细胞色素*c（c）*氧化酶（RCCI-III）；SQR/CS，琥珀酸脱氢酶（RCCII）与柠檬酸合成酶活性的比值。呼吸参数：GM、谷氨酸盐（RCCI依赖性呼吸）；CII，RCCII依赖性呼吸；CIV、RCCIV依赖性呼吸；CI/CIV，RCCI-与RCCIV依赖性呼吸的比率。蛋白质类：SDH30，复合物Ⅱ亚基；寡粘蛋白敏感性相关ATP酶蛋白亚基（RCCV）；OPA1，视神经萎缩1蛋白；DRP1，动力相关蛋白1。

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