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.2021年2月9日;4(4):e202000884。
doi:10.26508/lsa.202000884。 打印日期:2021年4月。

TrkB信号调节冷休克蛋白RBM3介导的神经保护作用

附属公司

TrkB信号调节冷休克蛋白RBM3介导的神经保护作用

迭戈·佩雷蒂等。 生命科学联盟. .

摘要

通过冷却或异位过度表达增加冷休克蛋白RNA-binding motif 3(RBM3)的水平,可以防止神经退行性变小鼠模型中的突触和神经元丢失。要在治疗上利用这一过程,需要了解控制冷诱导的RBM3表达的机制。这里,我们表明冷却通过PLCγ1和pCREB信号激活TrkB增加RBM3。反过来,RBM3通过诱导其特异性磷酸酶DUSP6,对TrkB诱导的ERK激活具有迄今未被认识的负反馈。因此,RBM3通过TrkB信号的独特非规范性激活介导结构可塑性,而TrkB在RBM3-null神经元中被废除。TrkB及其下游介质的遗传减少和药理拮抗作用都会消除冷却诱导的RBM3诱导并阻止结构可塑性,而TrkB抑制作用同样会阻止RBM3的诱导以及冷却对prion-diseased小鼠的神经保护作用。相反,TrkB激动剂诱导RBM3而不冷却,防止突触丢失和神经退行性变。因此,TrkB信号对RBM3的诱导和相关的神经保护作用是必要的,并提供了一个靶点,通过该靶点,RBM3介导的神经退行性疾病的突触再生疗法可以在无需诱导体温过低的情况下用于治疗。

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利益冲突声明

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数字

图1。
图1.冷却诱导体内与RBM3诱导相关的TrkB信号的非标准模式。
(A)示意图显示了野生型小鼠中的冷却/复温序列以及导致RBM3和RTN3表达的TrkB冷却信号。(B)TrkB信号的Western blot分析显示,在对照、冷却和再武装小鼠中PLCγ1-CREB途径激活。TrkB Tyr 516轮胎(P(P)= 0.0004); TrkB酪氨酸816(P(P)= 0.0003); CREB序列133(P(P)< 0.0001); RBM3型(P(P)= 0.0101); RTN3号机组(P(P)= 0.0405).(C)显示AKT和ERK分支的TrkB活化的蛋白质印迹。冷却降低了p-ERK,增加了p-AKT。AKT公司(P(P)= 0.0278); ERK公司(P(P)= 0.0011).(B、C)(B)和(C)的代表性Western blot属于同一组实验,负载控制GAPDH或Actin用于定量。条形图显示平均值±SEM*P(P)<0.05时**P(P)< 0.01, ***P(P)<0.001,单因素方差分析和Tukey多重比较检验。对于所有实验,n=4-6只小鼠/条件。
图S1。
图S1 BDNF在冷却过程中增加,并被破伤风神经毒素阻断。
(A)原代海马神经元培养19–20天,在复温前在32°C下冷却24小时。使用破伤风神经毒素阻断TrkB的激活可防止BDNF的增加。双向方差分析检验和Tukey多重比较检验*P(P)<0.05时**P(P)<0.01,TrkB Tyr 816控制+车辆与冷却+车辆P(P)= 0.0478; 冷却+车辆与冷却+TeNT(P(P)= 0.0265); BDNF控制+车辆与冷却+车辆(P(P)= 0.0062); 冷却+车辆与冷却+TeNT(P(P)= 0.0451); RBM3冷却+车辆与冷却+TeNT(P(P)= 0.0060); 冷却+车辆与冷却+TeNT(P(P)= 0.0139). n=4个培养基/条件。(B)原代海马神经元培养19–20天,在复温前在32°C下冷却24小时。使用GABA阻止A类受体拮抗剂荷包牡丹碱(40μM)阻止RBM3诱导。车辆控制与荷包牡丹碱控制(P(P)=0.0389),荷包牡丹碱冷却(P(P)=0.0121),荷包牡丹碱重新武装(P(P)= 0.0121). N=3个培养基/条件。
图S2。
图S2:特异性TrkB激动剂7,8-DHF诱导冷休克蛋白RBM3和RTN3,与体内冷却无关。
(A)显示冷诱导BDNF-TrkB通路和TrkB激动剂7,8-DHF干预的示意图。(B)Western blot显示TrkB激动剂7,8-DHF(5 mg/kg)治疗后小鼠体内TrkB信号的激活。蛋白质印迹定量(右)。所有条形图均显示平均值±SEM。单向方差分析和Tukey多重比较测试*P(P)<0.05时**P(P)<0.01,N.S.,不显著,TrkB Tyr 816对照组+溶媒vs.7,8-DHF,1 h,对照组+溶媒vs.7.8-DHF(2 h)(P(P)=0.0055和P(P)= 0.0043); RBM3控制+车辆与7,8-DHF,3小时(P(P)=0.0443);RTN3控制+载具对7,8-DHF,2小时,控制+载物对7,8-1DHF,3小时(P(P)=0.0269和P(P)= 0.0042); Kruskal–Wallis试验和Dunn多重比较试验,Tyr 783 PLCγ1对照+车辆与7,8-DHF,1小时,对照+车辆与7,8-DHF,2小时(P(P)=0.0066和P(P)= 0.0341). n=6只小鼠/时间点。
图2。
图2 TrkB信号的遗传和药理抑制阻止体内冷却时RBM3的诱导。
(A)显示TrkB信号对冷却的体内调制的示意图:基因调制是通过Ntrk2进行的+/−TrkB受体和ACREB半合子小鼠;药理拮抗作用是通过ANA-12实现的。(B)TrkB单倍体不充分消除了冷依赖性RBM3诱导,未能激活TrkB正常表达的对照小鼠中的TrkB信号模式。显示Ntrk2中TrkB通路标记的蛋白质印迹和条形图+/+和Ntrk2+/−样品预冷却和后冷却。RBM3型(P(P)< 0.0001). TrkB Tyr 516;TrkB-Tyr 816显示为直接归一化为肌动蛋白的总量或归一化至TrkB受体基础水平的相对水平。(C)TrkB拮抗剂ANA-12阻止RBM3在冷却时的诱导。单向方差分析和Tukey的多重比较测试*P(P)<0.05时**P(P)< 0.01, ***P(P)<0.001,N.S.,不显著,TrkB Tyr 816(P(P)= 0.0008); PLCγ1 Tyr 783(P(P)= 0.0007); 立方米(P(P)= 0.0074). 条形图显示平均值±SEM。对于所有实验,n=6只小鼠/时间点。此图的源数据可用。
图S3。
图S3..TrkB信号在不同级别的调制。
(A)显性阴性抑制剂ACREB阻止CREB磷酸化和RBM3在冷却过程中的诱导。腺相关病毒(AAV)-GFP-T2A-ACREB感染可阻止体内冷却时RBM3的诱导。上游TrkB通路的激活与CREB抑制无关,但p-ERK抑制被阻止。蛋白质印迹的定量(右)。所有条形图均显示平均值±SEM。单向方差分析和Tukey多重比较测试*P(P)<0.05时**P(P)< 0.01, ***P(P)<0.001,N.S.,不显著,TrkB Tyr 816(AAV空控制与AAV空冷却[P(P)= 0.0028]; AAV空对照与AAV-ACREB冷对照[P(P)= 0.0023]); Tyr 783 PLCγ1(AAV空控制与AAV空冷却[P(P)= 0.0035]); Thr202/Tr204 ERK(AAV空控制与AAV空冷却[P(P)= 0.0343]); S133 CREB(AAV空控制与AAV空冷却[P(P)=0.0382],AAV-空冷与AAV-ACREB冷[P(P)= 0.0005]); RBM3(AAV空载控制与AAV空载冷却[P(P)= 0.0073]). n=6只小鼠/条件。(B)RBM3在RBM3体外冷却时控制ERK-特异性磷酸酶Dusp6的诱导−/0神经元。Western blot显示Dusp6对野生型神经元的冷却作用增强。卢比3−/0冷却后神经元的Dusp6没有增加。条形图显示了蛋白质斑点的定量(右);平均值±SEM。双向方差分析和Tukey多重比较测试*P(P)<0.05时**P(P)<0.01,N.S.,不显著,Dusp6野生型控制与野生型冷却(P(P)= 0.0299); 卢比3−/0冷却与Rbm3−/0重新武装(P(P)= 0.0028). n=5个培养基/条件。(C)ERK抑制剂U0126和PD98059降低Rbm3体外冷却时ERK磷酸化−/0神经元。代表性的Western blot显示U0126和PD98059抑制剂对ERK Thr202/Tr204磷酸化的影响。野生型和Rbm3−/037°C(白色条)或32°C(蓝色条)的神经元未经处理,或用载体或各自的ERK抑制剂U0126和PD98059处理。(D)ANA-12拮抗剂阻止TrkB介导的朊病毒病小鼠RBM3诱导。代表性的蛋白质印迹显示对TrkB磷酸化(Y816)的抑制和对ANA-12 TrkB拮抗剂介导的RBM3的诱导。条形图量化。双向方差分析和Tukey多重比较测试*P(P)<0.05时**P(P)< 0.01, ***P(P)<0.001,N.S.,不显著,TrkB Tyr 816控制+车辆与车辆冷却+车辆(P(P)=0.0003),冷却+车辆与冷却+ANA-12(P(P)= 0.0025); RBM3(控制+车辆与冷却+车辆[P(P)=0.0020],冷却+车辆与冷却+ANA-12[P(P)= 0.0137]). n=6只小鼠/条件。此图的源数据可用。
图3。
图3阻断TrkB激活可消除野生型神经元中冷却诱导的结构可塑性。
(A)原代海马神经元培养19–20天,并在32°C下冷却24小时后再复温。使用配体清除剂TrkB-Fc阻止TrkB激活,阻止TrkB-PLCγ1-CREB信号和RBM3在冷却时的诱导。对照IgG处理的神经元显示出野生型小鼠的通路激活(图1B)。突触蛋白PSD95的总水平没有变化。条形图显示平均值±SEM。双向方差分析和Tukey的多重比较测试*P(P)<0.05时**P(P)<0.01,TrkB Tyr 816(P(P)= 0.0014); 泰尔516(P(P)= 0.0025); Tyr 783 PLCγ1(P(P)= 0.0043); CREB序列133(P(P)=0.0218);RBM3型(P(P)= 0.0036). n=3-5个培养基/条件。(B)TrkB-Fc阻止了冷却后的突触恢复。标记突触前蛋白突触素(品红色)和突触后蛋白PSD95(绿色)的典型树突状碎片的共焦图像。白色箭头指向突触。顶部面板显示对照IgG处理的样品,底部面板显示TrkB-Fc处理的样品。条形图显示了共定位突触素和PSD95点的定量(右)。单向方差分析*P(P)<0.05时**P(P)<0.01,(C-IgG对照组与C-IgG-冷却组<0.0001;C-IgG-冷却组与C-IgG重新武装组P(P)=0.0014;C-IgG重新武装与TrkB-Fc重新武装P(P)= 0.0027). 条形图显示了突触素颗粒的数量。单向方差分析*P(P)<0.05时**P(P)< 0.01, ***P(P)<0.001,(C-IgG冷却与TrkB-Fc冷却P(P)= 0.0182; C-IgG冷却与TrkB-Fc重新武装P(P)= 0.0044; C-IgG重新武装与TrkB-Fc冷却P(P)= 0.0109; C-IgG重新武装与TrkB-Fc重新武装P(P)= 0.0025; TrkB-Fc控制与TrkB-Fc冷却P(P)< 0.0001). n=3个培养基/条件。比例尺,10μm。(C)TrkB特异性拮抗剂ANA-12在野生型小鼠降温后复温时损害突触恢复。显示了具有代表性的EM显微照片和图形栏。红星表示突触;它们是假彩色的前(黄色)和后(绿色)突触室*P(P)< 0.05,t吨测试(车辆与ANA-12P(P)= 0.0466). n=3只小鼠/条件。
图4。
图4.RBM3坐标,是冷诱导结构塑性所必需的。
(A)示意图显示了来自卢比3−/0和野生型小鼠培养21天,并在复温前在32°C下冷却24小时。Western blot显示TrkB信号与以前一样在野生型神经元中冷却。卢比3−/0神经元表现出高水平的p-ERK,而不是低水平的,并且没有RBM3表达。图中显示了蛋白质印迹的量化(右)。双向方差分析和Tukey多重比较测试*P(P)<0.05(TrkB Tyr 816野生型对照与冷却P(P)= 0.0289; Tyr 783 PLCγ1P(P)=0.0444;Thr202/Tr204 ERK野生型冷却与RBM3−/0 P(P)= 0.0137; RBM3野生型对照与野生型冷却P(P)=0.0020)和Dunnett的多重比较试验(S133 CREB野生型对照与野生型冷却P(P)=0.0234),N.S.,不显著。n=3-5个培养基/条件。(B)Rbm3原代培养的海马神经元−/0小鼠在降温和复温过程中表现出突触可塑性受损。显示了控制、冷却和重新武装神经元的典型共焦图像。神经元用突触前标记物突触素(洋红色)和突触后标记物PSD-95(绿色)进行免疫染色。白色箭头指向突触。比例尺,5μm。(顶部)。条形图显示平均归一化突触数±SEM。单向方差分析(左下)和Tukey的多重比较测试*P(P)< 0.05, ***P(P)< 0.001; N.S.,不显著;(野生型控制与野生型冷却,P(P)≤0.0001,野生型冷却与野生型重新武装,P(P)≤ 0.0001; 野生型重新武装与卢比3−/0重新武装P(P)=0.0132)。n=3个培养基/条件。(C)野生型和卢比3−/0冷却后重新武装的老鼠。突触前隔室为假黄色,突触后隔室为绿色。在野生型小鼠海马CA1区观察到RBM3表达缺失会破坏突触恢复。红星表示突触具有假彩色的前(黄色)和后(绿色)突触隔室。条形图显示了每种情况下三只动物(93张图像)的平均±SEM量化。双侧t吨测试**P(P)< 0.01 (P(P)= 0.0051). 比例尺,1μm。n=3只小鼠/条件。(D)ERK抑制剂恢复了卢比3−/0神经元。显示了具有代表性的共焦图像。神经元在32°C(24小时)下冷却,并用载体(对照)、U0126(10μM,5小时)或PD98059(25μM,5小时)处理。神经元用突触前标记物突触素(洋红色)和突触后标记物PSD-95(绿色)进行免疫染色。白色箭头指向突触。比例尺,5μm。条形图显示了平均归一化突触数±SEM*P(P)< 0.05, ***P(P)< 0.001; N.S.,不显著;单向方差分析(右);(P(P)=0.0221和P(P)<0.0001和Tukey多重比较测试)。n=3个培养基/条件。
图5。
图5药物TrkB抑制可防止朊病毒感染小鼠的冷却诱导神经保护。
(A)实验设计示意图。用非竞争性TrkB拮抗剂ANA-12治疗Prion-diseased,并在3和4 w.p.i冷却。(B)典型的电子显微镜照片显示,7 w.p.i时,朊病毒感染小鼠海马CA1区的突触在冷却后再生(面板c);ANA-12(小组d)废除了这一规定。突触前室为黄色,突触后室为绿色。双向方差分析检验和Tukey多重比较检验*P(P)<0.05时**P(P)< 0.01; 正常脑匀浆对照组与朊病毒对照组(P(P)= 0.0198); 朊病毒与朊病毒+冷却+载体(P(P)= 0.0143); 和朊病毒+冷却型+载体与朊病毒+冷却型+ANA-12(P(P)= 0.0065). 条形图显示了每种情况下3只动物(93张图片)的平均±SEM定量。比例尺,1μm。(C)苏木精和伊红染色切片显示不同实验组的海马CA1区(左)。ANA-12几乎完全消除了冷却的保护作用(比较面板c和d),见显示锥体神经元计数量化的条形图(右)(通过NeuN染色获得)。单向方差分析检验和Tukey多重比较检验**P(P)< 0.01 ***P(P)<0.001,正常脑匀浆对照组与朊病毒对照组(P(P)= 0.0001); 朊病毒与朊病毒+冷却+载体(P(P)=0.0012)和朊病毒+冷却型+溶媒与朊病毒-冷却型+ANA-12(P(P)= 0.0011). n=3-5只小鼠/种。比例尺,50μm。(D)显示新物体识别记忆测试的条形图,表示为9 w.p.i和10 w.p.i.ANA-12测试小鼠的探索偏好比率,防止了疾病小鼠冷却诱导的新物体记忆保存。Kruskal–Wallis检验和Dunn多重比较检验*P(P)< 0.05; 朊病毒+冷却+载具10 w.p.i与朊病毒+冷却+ANA-12 10 w.pi(P(P)= 0.0289). n=5-12只小鼠/种。(E)Kaplan–Meier曲线显示早期冷却对朊病毒病小鼠的保护作用(蓝色曲线)通过ANA-12处理(紫色线)而消失,与未经处理的朊病毒病小鼠相当(黑色线)。Mann–Whitney U检验*P(P)< 0.05 (P(P)=0.0049),n=9–14只小鼠/条件。存活时间:朊病毒,86.2±2天;朊病毒+冷却+载体,91.2±2天,朊病毒+冷却+ANA-12,87.2±2天后。
图6。
图6:药物TrkB激活诱导的RBM3无需冷却,对朊病毒感染小鼠具有神经保护作用。
(A)实验设计示意图。从3 w.p.i.开始,用TrkB激动剂7,8-DHF治疗Prion-diseased tg37小鼠。(B)Western blot显示10 w.p.i处理7周后RBM3和RTN3持续高水平。条形图显示平均值±SEM量化。t吨测试**P(P)<0.01 RBM3,朊病毒10 w.p.i.+载体与朊病毒10w.p.i.+7,8-DHF(P(P)= 0.0075); RTN3,朊病毒10 w.p.i.+载体与朊病毒10w.p.i.+7,8-DHF(P(P)= 0.0089). n=4只小鼠/条件。(C)典型的电子显微镜照片显示,7 w.p.i.朊病毒感染小鼠海马CA1区突触突触前室伪黄色,突触后室绿色。7,8-DHF挽救了朊病毒感染小鼠的突触丢失(比较面板b和c)。条形图显示了每种情况下3只动物(93张图片)的平均±SEM定量。双向方差分析*P(P)<0.05时**P(P)<0.01正常脑匀浆(NBH)对照组与朊病毒7 w.p.i.+载体(P(P)= 0.0134); 7 w.p.i.+车辆对7 w.p.i.+7,8-DHF大奖赛(P(P)= 0.008). 比例尺,1μm。(D)在9和10 w.p.i.Kruskal–Wallis试验和Dunn’s多重比较试验中,7,8-DHF治疗可以缓解朊病毒感染小鼠的新物体识别缺陷*P(P)<0.05,NBH对照组与朊病毒9 w.p.i(P(P)= 0.0241); 朊病毒9 w.p.i与朊病毒9w.p.i+7,8-DHF(P(P)= 0.0470); 朊病毒9 w.p.i与载病毒朊病毒小鼠10 w.p.i(P(P)= 0.0254). n=8只对照小鼠、9只朊病毒+载体小鼠和10只朊蛋白+7,8-DHF处理小鼠。(E)苏木精和伊红染色切片显示海马CA1区(左)。7,8-DHF在终末时间点(12 w.p.i.)挽救了朊病毒病小鼠的锥体神经元损失并减少了海绵状血管形成(比较图b和c),见显示锥体神经元计数定量的条形图(右)(通过NeuN染色获得)。单向方差分析检验和Tukey多重比较检验*P(P)<0.05 NBH对照组与朊病毒+载体(P(P)= 0.0325; 朊病毒9 w.p.i与朊病毒9 w.p.i)+7,8-DHF(P(P)= 0.0119). 比例尺,50μm。n=3-4只小鼠/种。
图S4。
图S4:TrkB信号级联诱导RBM3在冷却时表达的示意图,以及RBM3通过p-ERK上的非规范反馈环协调网络结构突触可塑性的机制。
虚线箭头表示其他机制可能发挥作用的区域。

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引用人

工具书类

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