VPS13A缺陷导致VPS13A疾病患者成纤维细胞中脂质分布受损和线粒体钙稳态改变

VPS13A Deficiency Leads to Impaired Lipid Distribution and Alteration of Mitochondrial Calcium Homeostasis in Fibroblasts of VPS13A Disease Patients

作者信息Dajana Grossmann, Adrian Spranger, Emily Fischer, Johanna W Schubarth, Jenny Leopold, Hannes Glaß, Sebastian Klicker, My Uyen Dang Thi, Anna Elisabeth Bartalis, Andreas Hermann, Kevin Peikert
PMID41552990
发布时间2026-04
DOI10.1002/mds.70177

实验完整度

高

包含患者与对照原代成纤维细胞模型,结合免疫染色、活细胞成像、Western blot和TLC等多种验证,涵盖脂质转移、自噬和钙处理等功能与机制验证。

主要模型

VPS13A疾病患者来源的原代成纤维细胞(D1、D2) 健康对照原代成纤维细胞(C1、C2、C3)

重点核对

患者与对照成纤维细胞系信息(性别、年龄、突变类型) 细胞培养条件(DMEM、10% FBS、1%青霉素/链霉素) 脂滴形成实验(油酸浓度、Bodipy493/503染色时间) 脂肪酸穿梭实验(BodipyC12浓度、饥饿时间) 线粒体钙摄取实验(thapsigargin和Ru360浓度)

摘要

背景:膜接触位点对于离子或脂质的交换至关重要,因此对细胞器的功能和维持至关重要。VPS13A是一种膜驻留的桥样蛋白,连接两个膜以实现大量脂质转移。VPS13A基因的功能缺失突变导致VPS13A疾病。既往研究显示脂质转移的改变和钙稳态受损。目的:尽管膜接触位点在神经退行性疾病研究中日益重要,但其对细胞稳态的贡献仍不清楚。我们试图在VPS13A疾病的背景下研究VPS13A功能缺失对膜接触位点及相关机制的影响。方法:将VPS13A缺陷的患者来源成纤维细胞与健康供体的成纤维细胞进行比较。使用特异性染料、标记脂肪酸和线粒体-内质网接触位点的特异性标记物来研究相关细胞器中的脂质转移和分布。使用钙指示剂Rhod-2, AM研究线粒体钙处理。使用Airyscan2技术的超分辨率显微镜获取图像。结果:我们观察到VPS13A疾病中膜接触位点的普遍紊乱,伴随脂滴形成减少、线粒体脂质转移减弱,以及VPS13A疾病成纤维细胞中异常的线粒体钙摄取行为。结论:VPS13A缺失导致超出脂质穿梭障碍的改变,包括膜接触位点的失调以及线粒体钙处理受损。因此,我们的发现显著有助于理解与VPS13A功能直接或间接相关的机制。

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
VPS13A功能缺失如何影响膜接触位点、脂质转移和线粒体钙稳态?
核心机制
VPS13A缺失导致膜接触位点紊乱、脂质转移受损(包括脂肪酸和磷脂),并引起线粒体钙摄取异常,即使存在MCU抑制剂Ru360也仍摄取钙,提示可能存在非MCU介导的钙摄取途径。
主要证据
患者成纤维细胞显示脂滴形成减少、线粒体脂质摄取减少、自噬改变,以及钙处理异常;SPLICS传感器显示MERCS增加,Western blot显示LC3B-II水平升高和MCU表达无差异。
研究意义
VPS13A缺失不仅影响脂质穿梭,还导致膜接触位点失调和线粒体钙处理受损,为理解VPS13A疾病的机制提供了新见解。

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

验证VPS13A蛋白缺失

确认患者成纤维细胞中VPS13A蛋白缺失,以建立实验模型。

对患者和对照成纤维细胞进行Western blot分析VPS13A蛋白水平。

2

评估脂滴形成

检测VPS13A缺失是否影响基础脂滴数量及油酸诱导的脂滴形成。

使用LipidTOX和Bodipy493/503染色脂滴,并在油酸处理后进行活细胞成像。

3

分析膜接触位点改变

检查VPS13A缺失对细胞器间膜接触位点(包括线粒体-过氧化物酶体、线粒体-脂滴、过氧化物酶体-脂滴、内质网-脂滴)的影响。

对TOM20(线粒体)、PMP70(过氧化物酶体)、KDEL(内质网)和LipidTOX(脂滴)进行免疫染色,并量化信号重叠区域。

4

检测脂肪酸转移至线粒体

在基础条件和饥饿条件下,评估VPS13A缺失对脂肪酸向线粒体转移的影响,并观察MERCS的变化。

使用SPLICS传感器(short和long)标记MERCS,BodipyC12标记脂肪酸,MitoTracker标记线粒体,在饥饿条件下进行活细胞成像。

5

检测磷脂(PS)转移至线粒体及自噬体形成

评估VPS13A缺失是否影响PS从内质网到线粒体的转移,以及自噬体的形成和自噬通量。

用18:1 NBD-PS/DPOC负载细胞,并转染RFP-LC3B,在基础条件和饥饿条件下成像,同时通过Western blot检测LC3B-I/II水平。

6

评估线粒体钙摄取

探讨VPS13A缺失对线粒体钙摄取的影响,以及与MERCS的关系。

转染SPLICS-short的细胞用Rhod-2, AM和MitoTracker染色,用thapsigargin(1μM)和/或Ru360(10μM)处理,监测线粒体钙变化和SPLICS面积。

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。

验证分子表达变化
数据分析与统计
测定脂质组成
测定蛋白表达

产品清单

实验环节名称品牌货号
杜尔贝科改良伊格尔培养基GIBCO by Thermo Fisher Scientific31966-021
胎牛血清----
青霉素/链霉素----
支原体检测试剂盒Promo CellPK-CA91-1096
TritonX-100Roth3051.3
Pierce™无蛋白封闭缓冲液Thermo Fisher Scientific37572
TOM20抗体Santa Cruzsc-17764
PMP70抗体InvitrogenPA1-650
过氧化氢酶抗体Cell Signaling Technology12980S
KDEL抗体InvitrogenMA5-34715
Alexa Fluor-488山羊抗小鼠IgGInvitrogenA11029
Alexa Fluor-647山羊抗兔IgGInvitrogenA21245
LipidTOX红色染料Invitrogen, Thermo Fisher ScientificH34476
DAPI Fluoromount-G封片剂Southern Biotechnology0100-20
SPLICS-Mt-ER-short质粒Addgene164108
SPLICS-Mt-ER-long质粒Addgene164107
pmRFP-LC3质粒Addgene21075
FuseIT DNA转染试剂Beniag60601
MitoTracker深红FMCell Signaling Technology8778
Bodipy493/503Invitrogen, Thermo Fisher ScientificD3922
油酸Sigma-Aldrich03008
BodipyC12Invitrogen, Thermo Fisher ScientificD3835
汉克斯平衡盐溶液GIBCO by Thermo Fisher Scientific14170088
18:1 NBD-磷脂酰丝氨酸Avanti810198C-1M
18:1 1,2-二-(9Z-十八碳烯酰)-sn-甘油-3-磷酸胆碱Avanti850375C-25mg
杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水PAN BiotechP04-36500
Hoechst染料----
Rhod-2, AM钙指示剂Thermo Fisher ScientificR1244
毒胡萝卜素Sigma-AldrichT9033-5MG
Ru360Sigma-Aldrich557440-500UG
AxioObserver.Z1 LSM900显微镜Zeiss--
Airyscan 2模块Zeiss--
63× 1.4 NA plan apochromat物镜Zeiss--
Pecon孵育系统----
8孔μ-玻片Ibidi80806-90
RIPA裂解缓冲液----
cOmplete无EDTA蛋白酶抑制剂混合物Roche04693132001
Criterion XT Tris-醋酸蛋白凝胶(3-8%)Bio-Rad3450129
Trans-Blot Turbo RTA Midi 0.2 μm硝酸纤维素转移试剂盒Bio-Rad1704271
脱脂牛奶Carl RothT145.3
VPS13A抗体InvitrogenPA-54483
β-肌动蛋白抗体SigmaA5441
驴抗兔HRP二抗InvitrogenA16035
驴抗小鼠HRP二抗InvitrogenAA16017
Cytiva Amersham ECL PrimeFisher Scientific/Life Science Cytiva10308449
Li-COR Odyssey XF成像系统Li-COR--
Trans-Blot Turbo TRA转移试剂盒Bio-Rad1704271
Revert 700总蛋白染色LICORbio926-11011
LC3B抗体Cell Signaling Technology83506S
MCU抗体Proteintech26312-1-AP
甲醇Biosolve--
氯仿Supelco--
丁羟甲苯Sigma-Aldrich--
水Biosolve--
玻璃内插管Knauer--
混合块(MB-102)Biostep--
真空离心浓缩仪(RVC 2-25 CDplus)Christ--
高效薄层色谱板Merck Millipore--
Linomat 5点样仪CAMAG--
Hamilton注射器Hamilton--
薄层色谱展开缸CAMAG--
FLA5000数字显像仪FUJIFILM--
樱草灵Sigma-Aldrich--
脂质标准品Avanti--

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
细胞培养
细胞培养基(DMEM)、血清浓度(10% FBS)、抗生素浓度(1%青霉素/链霉素)、支原体检测
阅读提示:Methods 2.1 细胞培养
脂滴形成
油酸浓度(500mM)、Bodipy493/503浓度(1μM)、染色时间(30分钟)、处理时间(1-2小时)
阅读提示:Methods 2.4 及 Figure 1E
脂肪酸穿梭
BodipyC12浓度(1μM)、孵育时间(16小时)、洗脱时间(1小时)、饥饿时间(1-2小时)、HBSS配方
阅读提示:Methods 2.5
磷脂转移和自噬
18:1 NBD-PS/DOPC浓度(0.2mM)、负载时间(30分钟)、饥饿时间(1-2小时)、RFP-LC3B转染时间(24小时)
阅读提示:Methods 2.7 和 2.8
线粒体钙摄取
Rhod-2, AM浓度(1μM)、thapsigargin浓度(1μM)、Ru360浓度(10μM)、处理时间(2分钟)、成像间隔(10秒)
阅读提示:Methods 2.9 及 Figure 5B