ω-3溶血磷脂转运体Mfsd2a缺乏导致少突胶质细胞谱系发育异常和髓鞘形成不足

Deficiency in the omega-3 lysolipid transporter Mfsd2a leads to aberrant oligodendrocyte lineage development and hypomyelination

作者信息Vetrivel Sengottuvel, Monalisa Hota, Jeongah Oh, Dwight L Galam, Bernice H Wong, Markus R Wenk, Sujoy Ghosh, Federico Torta, David L Silver
PMID37104036
发布时间2023-06-15
DOI10.1172/JCI164118

实验完整度

包含OPC特异性敲除小鼠模型、单细胞RNA测序、脂质组学、转录组学及透射电镜等多层级验证。

主要模型

2aOKO小鼠(Pdgfra-cre驱动的OPC特异性Mfsd2a敲除小鼠) Sox10-cre和Plp1-ERT-cre驱动的OPC特异性Mfsd2a敲除小鼠 2afl/fl-OL-Ribo-TRAP和2aOKO-OL-Ribo-TRAP小鼠 2afl/fl-OPC-Ribo-TRAP和2aOKO-OPC-Ribo-TRAP小鼠

重点核对

2aOKO小鼠的构建:Pdgfra-cre介导的Mfsd2a条件敲除 P8脑组织免疫荧光检测MBP、MAG、CNPase表达 P67脑胼胝体透射电镜测量g-ratio 单细胞RNA测序分析少突胶质细胞谱系分布 脂质组学分析OPCs和iOLs中磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺的脂肪酸组成

摘要

由钠依赖性溶血磷脂酰胆碱(LPC)转运体主要促进因子超家族域包含蛋白2a(Mfsd2a)缺乏引起的常染色体隐性小头畸形15型患者同时表现出小头畸形和髓鞘形成不足,提示少突胶质细胞摄取LPC在髓鞘形成过程中发挥重要作用。在此,我们证明Mfsd2a在少突胶质前体细胞(OPCs)中特异性表达,对少突胶质细胞发育至关重要。少突胶质细胞谱系的单细胞测序显示,来自OPC特异性Mfsd2a敲除小鼠(2aOKO小鼠)的OPCs发生过早分化为未成熟少突胶质细胞,并且向成髓鞘少突胶质细胞的成熟受损,与出生后脑髓鞘形成不足相关。2aOKO小鼠未表现出小头畸形,这一发现与以下观点一致:小头畸形是血脑屏障处缺乏LPC摄取的结果,而非OPCs缺乏所致。脂质组学分析显示,来自2aOKO小鼠的OPCs和iOLs中,含有ω-3脂肪酸的磷脂水平显著降低,而不饱和脂肪酸相应增加,后者是由Srebp-1调控的从头合成的产物。RNA-Seq表明Srebp-1通路被激活,且少突胶质细胞发育调节因子的表达存在缺陷。综上所述,这些发现表明,OPCs中Mfsd2a对LPC的运输对于维持OPC状态以调节出生后脑髓鞘形成至关重要。

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
Mfsd2a在少突胶质细胞谱系中的功能及其在髓鞘形成中的作用机制。
核心机制
Mfsd2a通过介导LPC(特别是LPC-DHA)的摄取,调节OPCs中磷脂多不饱和脂肪酸含量,抑制Srebp-1通路,维持OPC状态,防止过早分化,并促进少突胶质细胞成熟和髓鞘形成。
主要证据
OPC特异性敲除Mfsd2a的小鼠(2aOKO)表现出髓鞘形成不足;单细胞RNA测序显示OPC1a减少,iOL增加;脂质组学显示DHA磷脂减少,不饱和脂肪酸增加;RNA-seq显示Srebp-1通路激活。
研究意义
该研究揭示LPC作为外在因子调控OPC状态,Mfsd2a/LPC通路可能成为治疗脱髓鞘疾病(如多发性硬化)和衰老相关髓鞘修复的潜在靶点。

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

构建OPC特异性Mfsd2a敲除小鼠并验证髓鞘形成

验证Mfsd2a在OPCs中的缺失是否导致髓鞘形成缺陷。

将Mfsd2a floxed小鼠与Pdgfra-cre、Sox10-cre或Plp1-ERT-cre交配,获得OPC特异性敲除小鼠,通过免疫荧光检测MBP、MAG、CNPase,并通过透射电镜测量g-ratio。

2

分析少突胶质细胞谱系群体动态

确定Mfsd2a缺失对少突胶质细胞谱系各阶段细胞数量的影响。

利用Ribo-TRAP小鼠(Pdgfra-EGFP/Rpl10a和Olig2-EGFP/Rpl10a)分离GFP+细胞,进行流式细胞术和免疫荧光分析,检测Pdgfra+、Olig2+、NG2+细胞数量及形态。

3

单细胞RNA测序分析少突胶质细胞谱系发育轨迹

揭示Mfsd2a缺失对OPCs分化和成熟的影响。

对FACS分选的GFP+细胞进行10x Genomics 3'单细胞RNA测序,进行聚类分析、PAGA和Slingshot伪时间分析。

4

免疫荧光分析少突胶质细胞成熟阶段标记物

验证scRNA-seq发现的iOL增加和MOL减少。

对P8脑切片进行免疫荧光染色,检测ITPR2、Bcas1(未成熟少突胶质细胞标记)和CC1、GSTπ(成熟少突胶质细胞标记)。

5

转录组分析分离的OPCs和iOLs

鉴定Mfsd2a缺失引起的基因表达变化。

使用MACS分选Pdgfra+ OPCs和O4+ iOLs,进行bulk RNA-Seq,分析差异表达基因。

6

脂质组学分析OPCs和iOLs的脂质成分

确定Mfsd2a缺失对磷脂中脂肪酸组成的影响。

对分选的OPCs和iOLs进行靶向脂质组学分析,使用LC-MS检测磷脂种类,比较DHA含量和不饱和度。

7

EdU增殖实验

评估Mfsd2a缺失对OPCs细胞周期的影响。

对P7或P8小鼠注射EdU,在3小时和24小时后收集脑组织,检测EdU+Ki67+和EdU+Olig2+细胞。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
他莫昔芬MilliporeSigmaT5648
EdU(5-乙炔基-2'-脱氧尿苷)MilliporeSigma900584
OCT包埋剂Sakura Finetek USA--
徕卡冰冻切片机CM1520LeicaCM1520
Click-iT EdU成像试剂盒InvitrogenC10340
正常山羊血清文中未明确说明--
牛血清白蛋白文中未明确说明--
Pdgfra抗体Cell Signaling Technology3174
MBP抗体Bio-RadMCA409S
MAG抗体MilliporeSigmaMAB1567
CNPase抗体Cell Signaling Technology5664
GFP抗体Cell Signaling Technology2555
Olig2抗体MilliporeSigmaMABN50
Ki67抗体Abcamab15580
ITPR2抗体MilliporeSigmaAB3000
Bcas1抗体Santa Cruz Biotechnology Inc.sc-136342
CC1抗体Abcamab16794
GSTπ抗体BD Transduction Laboratories610718
Alexa Fluor 488/568/647二抗Invitrogen--
Hoechst 33342Invitrogen--
Fluoromount-G封片剂Southern Biotech0100-01
LSM710共聚焦显微镜ZeissLSM710
JEOL JEM-1400Flash透射电子显微镜JEOLJEM-1400Flash
木瓜蛋白酶神经组织解离试剂盒Miltenyi Biotec130-092-628
BD FACSAria II SORP分选仪BD BiosciencesFACSAria II SORP
Chromium单细胞3'试剂盒v310x GenomicsPN-1000092
Illumina HiSeq 4000测序仪IlluminaHiSeq 4000
CD140a(PDGFRα)微珠试剂盒Miltenyi Biotec130-101-502
抗O4微珠Miltenyi Biotec130-096-670
QIAGEN RNeasy Mini试剂盒QIAGEN--
NEBNext Ultra TEM RNA文库制备试剂盒(Illumina)NEB--
Illumina HiSeq2000测序仪IlluminaHiSeq2000
Agilent 1290 UHPLC系统Agilent Technologies1290
Agilent 6495 QQQ质谱仪Agilent Technologies6495
Agilent ZORBAX Eclipse Plus Rapid Resolution HD C18色谱柱Agilent Technologies--

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
动物模型构建
小鼠品系:Pdgfra-cre、Sox10-cre、Plp1-ERT-cre、Mfsd2a floxed;他莫昔芬剂量和注射时间;对照基因型
阅读提示:Methods: Animal experimental procedures; Table 1
髓鞘形成评估
固定液成分(4% PFA)、冰冻切片厚度(20 μm)、抗体稀释比例(MBP 1:200,MAG 1:100,CNPase 1:300)、图像采集参数
阅读提示:Methods: Immunohistochemistry and quantification; Figure 1 legend
透射电镜
固定液(2% PFA + 2.5% 戊二醛)、后固定(2% 四氧化锇)、树脂包埋、超薄切片厚度、染色方法(铀酰乙酸和柠檬酸铅)、g-ratio计算
阅读提示:Methods: Electron microscopy analysis
单细胞RNA测序
细胞获取方法(FACS分选)、上样浓度(1000 cells/μL)、测序平台(Illumina HiSeq 4000)、比对和定量参数(Cell Ranger v3.1.0)、过滤条件(UMI等)
阅读提示:Methods: scRNA-Seq and Single-cell data analysis
脂质组学
细胞分选(MACS)、脂质提取方法(BuMe)、内标种类、LC-MS参数、归一化方法
阅读提示:Methods: Lipidomics