δ-阿片类药物对人视神经头星形胶质细胞中组蛋白去乙酰化酶的调节

Histone Deacetylases Regulation by δ-Opioids in Human Optic Nerve Head Astrocytes

作者信息Syed A H Zaidi, Nakul Thakore, Sudha Singh, Wendy Guzman, Shikhar Mehrotra, Vamsi Gangaraju, Shahid Husain
PMID32915982
发布时间2020-09-01
DOI10.1167/iovs.61.11.17

实验完整度

本研究包含细胞模型(人ONH星形胶质细胞)和动物模型(高眼压大鼠)两个独立证据层级,并进行了功能验证(HDAC活性、mRNA及蛋白表达)和机制验证(拮抗剂阻断、HAT抑制剂阻断)。

主要模型

人视神经头星形胶质细胞(原代培养) 慢性高眼压大鼠模型(Brown Norway大鼠)

重点核对

δ-阿片受体激动剂SNC-121浓度和处理时间:1 µM、24小时 HATs抑制剂Garcinol预处理:1 µM、15分钟 δ-阿片受体拮抗剂naltrindole预处理:1 µM、15-30分钟 LPS诱导TNF-α处理:10 µg/mL、6小时 动物模型:高渗盐水注射建立高眼压,SNC-121剂量1 mg/kg,腹腔注射,每日一次,持续7天

摘要

目的:我们确定δ-阿片受体激动剂(SNC-121)是否通过控制视神经头(ONH)星形胶质细胞中的组蛋白去乙酰化酶(HDACs)活性和表达来调节乙酰化稳态。方法:用SNC-121(1 µM)处理ONH星形胶质细胞24小时。使用HDAC特异性荧光团偶联合成底物Boc-Lys(Ac)-AMC和Boc-Lys(Tfa)-AMC测量HDAC活性。通过Western blotting和定量实时PCR测定每种HDAC的蛋白质和mRNA表达。通过向大鼠的巩膜静脉注射2.0 M高渗盐水来升高IOP。结果:δ-阿片受体激动剂SNC-121(1 µM)处理使组蛋白H3、H2B和H4的乙酰化分别增加128 ± 3%、45 ± 1%和68 ± 2%。添加Garcinol(一种组蛋白乙酰转移酶抑制剂)完全阻断了SNC-121诱导的组蛋白H3乙酰化。SNC-121显著降低了I类和IIb类HDAC的活性(17 ± 3%),这种HDAC活性的降低被选择性δ-阿片受体拮抗剂纳曲吲哚完全阻断。SNC-121还使HDAC-3和HDAC-6的mRNA表达分别降低了19%和18%。此外,SNC-121处理显著降低了HDAC 1、2、3和6的蛋白表达(P < 0.05)。SNC-121处理还减少了脂多糖诱导的ONH星形胶质细胞TNF-α的产生,以及高眼压动物视神经中的胶质纤维酸性蛋白免疫染色。结论:我们提供的证据表明,δ-阿片受体激动剂激活增加了组蛋白乙酰化,降低了I类和IIb类HDAC的活性、mRNA和蛋白质表达,以及ONH星形胶质细胞中脂多糖诱导的TNF-α产生。我们的数据还表明,SNC-121治疗减少了高眼压动物视神经中的胶质纤维酸性蛋白免疫染色。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
δ-阿片受体激动剂SNC-121是否通过调节组蛋白去乙酰化酶(HDACs)的活性和表达来影响人视神经头(ONH)星形胶质细胞的乙酰化稳态?
核心机制
SNC-121通过激活δ-阿片受体,增强HATs活性并降低I类和IIb类HDACs的活性及表达,导致组蛋白H2B、H3和H4乙酰化增加,同时减少LPS诱导的TNF-α产生和星形胶质细胞激活。
主要证据
人ONH星形胶质细胞中,SNC-121 (1 µM)处理24小时增加组蛋白H3乙酰化(128±3%),被HAT抑制剂Garcinol完全阻断;HDAC活性降低被δ-阿片受体拮抗剂naltrindole完全阻断;HDAC 3和6的mRNA表达降低,HDAC 1、2、3、6蛋白表达降低;LPS诱导的TNF-α产生被SNC-121抑制;在慢性高眼压大鼠模型中,SNC-121治疗降低视神经GFAP免疫染色。
研究意义
该研究首次证明δ-阿片受体激动剂通过调节组蛋白乙酰化和HDACs表达调节ONH星形胶质细胞的乙酰化稳态,为青光眼等视神经病变中星形胶质细胞反应性的调控提供了新的治疗靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

ONH星形胶质细胞分离与鉴定

获得高纯度的人ONH星形胶质细胞并验证其纯度。

从人尸体眼分离ONH星形胶质细胞,通过免疫吸附纯化,并用GFAP免疫染色验证纯度。

2

SNC-121对组蛋白乙酰化的影响

测试δ-阿片受体激动剂SNC-121是否能增加ONH星形胶质细胞中组蛋白的乙酰化。

用SNC-121 (1 µM)处理细胞24小时,通过Western blot检测H3、H2B、H4的乙酰化水平。

3

验证HATs的参与

验证SNC-121诱导的组蛋白H3乙酰化是否通过HATs激活。

用HATs抑制剂Garcinol (1 µM)预处理细胞15分钟,再用SNC-121处理,检测H3乙酰化。

4

HDAC活性检测

检测SNC-121对HDAC类I和IIb以及类IIa和IV活性的影响。

用选择性底物Boc-Lys(Ac)-AMC和Boc-Lys(Tfa)-AMC测量HDAC活性,并用δ-阿片受体拮抗剂naltrindole和泛HDAC抑制剂TSA作为对照。

5

HDAC mRNA和蛋白表达检测

检测SNC-121对HDACs mRNA和蛋白表达的影响。

用qRT-PCR检测HDAC 1-3和6的mRNA表达,用Western blot检测HDAC 1-7, 9-11的蛋白表达。

6

LPS诱导TNF-α产生及SNC-121的抑制作用

评估SNC-121是否能抑制LPS诱导的ONH星形胶质细胞TNF-α产生。

用SNC-121 (1 µM)预处理细胞24小时,然后用LPS (10 µg/mL)刺激6小时,ELISA检测细胞裂解液和条件培养基中的TNF-α水平。

7

体内验证:慢性高眼压大鼠模型中的GFAP免疫染色

验证SNC-121治疗是否能降低高眼压大鼠视神经中星形胶质细胞的激活。

通过高渗盐水注射建立高眼压模型,用SNC-121 (1 mg/kg, i.p.)处理7天,免疫组化检测GFAP。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证分子表达变化
验证免疫效应

产品清单

实验环节名称品牌货号
星形胶质细胞生长培养基LonzaCC3186
Dulbecco最低必需培养基F12HyClone--
胎牛血清(加拿大)HyCloneSH3039603
纳曲吲哚盐酸盐Tocris0740
GarcinolEnzo Life SciencesBML-GR343
BOC-LYS(AC)-AMCAurum PharmatechK-6405
BOC-LYS(TFA)-AMCBachemI-1985
抗乙酰化组蛋白H3 Lys9抗体Cell Signaling Technology9649
抗乙酰化组蛋白H4 Lys8抗体Cell Signaling Technology2594
抗乙酰化组蛋白H2B Lys5抗体Cell Signaling Technology12799
抗组蛋白去乙酰化酶1抗体Millipore06-720
抗组蛋白去乙酰化酶2抗体Millipore05-814
抗组蛋白去乙酰化酶3抗体Millipore06-890
抗组蛋白去乙酰化酶4抗体Abcamab12171
抗组蛋白去乙酰化酶5抗体Millipore07-045
抗组蛋白去乙酰化酶6抗体Cell Signaling Technology7558
抗组蛋白去乙酰化酶7抗体Abcamab166911
抗组蛋白去乙酰化酶9抗体Abcamab109446
抗组蛋白去乙酰化酶10抗体Sigma AldrichH3413
抗组蛋白去乙酰化酶11抗体Abcamab166907
抗β-肌动蛋白抗体Sigma AldrichA5316
抗兔IgG,HRP偶联Cell Signaling Technology7074
抗小鼠IgG,HRP偶联Cell Signaling Technology7076
抗胶质纤维酸性蛋白抗体Aves LabsGFAP
Rhodamine Red-X (RRX) 抗鸡 IgY (IgG)Jackson Immunoresearch703-295-155
TRIzol试剂Life Technologies15596-026
iScript cDNA合成试剂盒Biorad1708891
SsoAdvanced 通用SYBR Green SupermixBiorad1725274
人TNF-α ELISA试剂盒(高灵敏度)eBiosciencesBMS223HS
Pierce Rapid Gold BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher ScientificA53226
Amicon Ultra-4离心过滤单元MilliporeUFC800396
Synergy H1多功能酶标仪Biotek--
Biorad Versadoc成像系统Biorad--
Carl Zeiss Meditec显微镜及数码相机Carl Zeiss Meditec--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
ONH星形胶质细胞分离与培养
细胞来源(人尸体眼年龄60-90岁)、免疫吸附纯化方法、GFAP阳性纯度、细胞代数(P2-P6)
阅读提示:Methods: ONH Astrocytes
SNC-121处理
SNC-121浓度(1 µM)、处理时间(24小时)、血清饥饿条件(16小时)
阅读提示:Results: Effect of δ-Opioid Receptor Agonist (SNC-121) Treatment on Histone Acetylation; Methods: ONH Astrocytes
HDAC活性检测
细胞裂解液浓度(1 µg/µL)、底物类型(Boc-Lys(Ac)-AMC和Boc-Lys(Tfa)-AMC)、孵育时间(1小时)、荧光检测波长(355/460 nm)
阅读提示:Methods: HDAC Activity Assay
Western blot
上样量(10-20 µg)、抗体稀释度(AcH3K9等1:1000,HDAC1/2/6 1:2000,β-actin 1:4000)、二抗稀释度(1:5000)
阅读提示:Methods: Western Blotting
RT-qPCR
RNA提取方法(TRIzol)、cDNA合成(1 µg RNA)、引物序列(Table 2)、内参基因(GAPDH)
阅读提示:Methods: Quantitative Real-time PCR
ELISA检测TNF-α
LPS浓度(10 µg/mL)、刺激时间(6小时)、SNC-121预处理浓度(1 µM)、时间(24小时)、细胞裂解液(50 µL)和培养基(100 µL)体积
阅读提示:Methods: Enzyme-Linked Immunosorbent Assay
动物模型
动物品系(Brown Norway大鼠)、年龄和体重(2-5个月,150-350 g)、高渗盐水注射方法(2M,50 µL至巩膜静脉)、IOP升高标准(>25%)、SNC-121剂量(1 mg/kg,i.p.)和处理时间(7天)
阅读提示:Methods: Animals; Development of Glaucoma Model by Hypertonic Saline Injection
免疫组织化学
组织固定(4% PFA)、蔗糖脱水(30%)、OCT包埋、切片条件(-30°C)、GFAP一抗稀释度(1:500)、二抗稀释度(1:500)
阅读提示:Methods: Immunohistochemistry