中脑星形胶质细胞源性神经营养因子(MANF)通过减轻Aβ诱导的内质网应激来保护免受Aβ毒性

Mesencephalic astrocyte-derived neurotrophic factor (MANF) protects against Aβ toxicity via attenuating Aβ-induced endoplasmic reticulum stress

作者信息Shengchun Xu, Zemin Di, Yufeng He, Runjie Wang, Yuyang Ma, Rui Sun, Jing Li, Tao Wang, Yujun Shen, Shengyun Fang, Lijie Feng, Yuxian Shen
PMID30760285
发布时间2019-02-13
DOI10.1186/s12974-019-1429-0

实验完整度

包含体外细胞实验(SH-SY5Y、N2a、原代神经元)、动物模型(APP/PS1小鼠)及功能验证(过表达/敲低/rhMANF)和机制验证(UPR通路蛋白)。

主要模型

人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞 小鼠神经母细胞瘤N2a细胞 原代培养的大鼠皮层神经元 APP/PS1双转基因小鼠

重点核对

Aβ1–42处理浓度:10 μM MANF过表达质粒(MANF-Flag)转染 MANF siRNA序列:5′-GGACCUC A AAGACAGAGAUTT-3′ rhMANF预处理浓度:2 mg/ml,预处理4小时 衣霉素(TM)处理浓度:2.5 μg/ml,处理12小时

摘要

背景:淀粉样β肽(Aβ)的细胞外积累是阿尔茨海默病(AD)的病理标志之一,并导致神经元丢失。中脑星形胶质细胞源性神经营养因子(MANF)是一种内质网应激诱导的神经营养因子。包括我们团队在内的许多研究小组已证明MANF在多种神经系统疾病(如帕金森病和脑缺血)中挽救神经元丢失。然而,MANF是否在AD中发挥对抗Aβ神经毒性的保护作用仍不清楚。方法:在本研究中,通过免疫荧光染色、qPCR和Western blot分析了Aβ1–42处理的神经细胞以及APP/PS1转基因小鼠大脑中MANF的特征性表达。还研究了MANF过表达、MANF敲低或重组人MANF蛋白(rhMANF)对Aβ1–42暴露后神经元活力、凋亡和内质网应激相关蛋白表达的影响。结果:结果显示,在APP/PS1转基因小鼠大脑和Aβ1–42处理的神经细胞中,MANF以及内质网应激标志物免疫球蛋白结合蛋白(BiP)和C/EBP同源蛋白(CHOP)的表达增加。MANF过表达或rhMANF处理部分保护了Aβ1–42诱导的神经元细胞死亡,与cleaved caspase-3的显著降低相关,而siRNA敲低MANF则加重了Aβ1–42的细胞毒性,包括caspase-3的激活。进一步研究表明,在Aβ1–42暴露后,MANF过表达或rhMANF处理显著下调了神经元细胞中BiP、ATF6、磷酸化-IRE1、XBP1s、磷酸化-eIF2α、ATF4和CHOP的表达,而MANF敲低则产生相反的效果。结论:这些发现表明MANF可能通过减轻内质网应激来发挥针对Aβ诱导的神经毒性的神经保护作用,提示MANF可作为AD的治疗候选药物。

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
MANF是否对Aβ诱导的神经毒性具有保护作用,其机制是否涉及内质网应激的调控。
核心机制
MANF通过抑制UPR信号通路的激活,降低BiP、ATF6、p-IRE1、XBP1s、p-eIF2α、ATF4和CHOP的表达,从而减轻Aβ诱导的内质网应激,抑制细胞凋亡。
主要证据
在Aβ1–42处理的SH-SY5Y和N2a细胞中,MANF过表达或rhMANF处理降低了cleaved caspase-3和UPR相关蛋白水平,而MANF敲低则加剧细胞死亡和UPR激活;APP/PS1小鼠脑中MANF和ER应激标志物表达增加。
研究意义
MANF可能作为AD的治疗靶点,为与病理性内质网应激相关的神经退行性疾病提供潜在治疗策略。

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

Aβ毒性作用验证

验证Aβ1–42对神经元细胞活力及凋亡的影响,确立实验模型。

使用不同浓度及处理时间的Aβ1–42处理SH-SY5Y细胞,通过MTT、TUNEL和流式细胞术检测细胞活力和凋亡,Western blot检测cleaved caspase-3。

2

Aβ诱导ER应激及MANF表达上调

检测Aβ1–42是否诱导内质网应激并上调MANF表达。

通过免疫荧光、qPCR和Western blot检测SH-SY5Y细胞及原代神经元中BiP、CHOP和MANF的表达,以及APP/PS1小鼠脑组织中的表达。

3

MANF功能验证

验证MANF过表达或敲低对Aβ1–42诱导的细胞毒性的影响。

在N2a细胞中转染MANF-Flag质粒或MANF-siRNA,随后用Aβ1–42处理,通过MTT、TUNEL和Western blot检测细胞活力、凋亡和蛋白表达。

4

rhMANF保护作用验证

评估重组人MANF蛋白对Aβ1–42诱导的细胞毒性的保护作用。

SH-SY5Y细胞用不同浓度rhMANF预处理4小时,再加入Aβ1–42处理24小时,通过MTT检测细胞活力,Western blot检测cleaved caspase-3。

5

机制验证

验证MANF是否通过抑制ER应激信号通路发挥保护作用。

在N2a细胞中过表达或敲低MANF,检测Aβ1–42或TM处理后UPR相关蛋白(BiP、ATF6、p-IRE1、XBP1s、p-eIF2α、ATF4、CHOP)和cleaved caspase-3的表达。

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
Aβ1–42肽Sigma--
MTTSigma--
衣霉素Sigma--
DAPISigma--
Neurobasal培养基Gibco--
B27添加剂Gibco--
L-谷氨酰胺Gibco--
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
Annexin V-FITC/PI凋亡检测试剂盒Bestbio--
FACSVerse流式细胞仪BD Biosciences--
TUNEL试剂盒Promega--
Trizol试剂Invitrogen15596018
ABI7500仪器Applied Biosystems--
抗BiP抗体Proteintech11587-1-ap
抗CHOP抗体Proteintech15204-1-AP
抗MANF抗体Abcamab67271
抗磷酸化eIF2α抗体CST3398s
抗磷酸化IRE1抗体Biossbs-4308R
抗XBP1s抗体Biolegend619502
抗ATF4抗体CST11815s
抗ATF6抗体Proteintech24169-1-AP
抗cleaved caspase-3抗体CST9664S
抗α-tubulin抗体Sigmat6199
抗GAPDH抗体ElabscienceE-AB-20059

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
细胞培养与处理
细胞系:SH-SY5Y、N2a、原代神经元;培养基及添加剂(Neurobasal+2% B27、DMEM+10% FBS);培养条件(37°C、5% CO2)
阅读提示:Methods: Cell culture and transfection
Aβ处理
Aβ1–42浓度:10 μM;处理时间:24小时;寡聚体制备方法(溶解于PBS至2 mM,液氮速冻,37°C孵育1周)
阅读提示:Methods: Preparation of oligomeric Aβ peptides
MANF过表达/敲低
转染方法:Lipofectamine 2000;质粒:MANF-Flag;siRNA序列:5′-GGACCUC A AAGACAGAGAUTT-3′;转染后24小时开始处理
阅读提示:Methods: Cell transfection
rhMANF处理
rhMANF浓度:2 mg/ml;预处理4小时
阅读提示:Results: MANF protected neuronal cells against Aβ toxicity; Figure 5
ER应激诱导
衣霉素浓度:2.5 μg/ml;处理12小时
阅读提示:Methods: Materials and reagents; Results: Fig. 2