内质网应激延缓HCAR1基因敲除小鼠的脉络膜发育

Endoplasmic Reticulum Stress Delays Choroid Development in the HCAR1 Knockout Mouse

作者信息Monir Modaresinejad, Xiaojuan Yang, Mohammad A Mohammad Nezhady, Tang Zhu, Emmanuel Bajon, Xin Hou, Houda Tahiri, Pierre Hardy, José C Rivera, Pierre Lachapelle, Sylvain Chemtob
PMID39332673
发布时间2024-12
DOI10.1016/j.ajpath.2024.09.002

实验完整度

包含体外脉络膜出芽实验、体内基因敲除小鼠模型、蛋白质合成检测、内质网应激通路)及ISRIB干预修复实验等多个独立证据层级。

主要模型

Hcar1基因敲除小鼠模型 RPE/脉络膜复合体 原代RPE细胞 脉络膜外植体

重点核对

Hcar1基因敲除小鼠(C57BL/6背景)及其野生型同窝对照 不同出生后时间点:PT7、PT9、PT12、PT15 乳酸(10 mmol/L)和DHBA(80 μmol/L)处理浓度 ISRIB(200 nmol/L)玻璃体腔注射 脉络膜厚度测量(距视神经0-150 μm区域)

摘要

亚视网膜由脉络膜和视网膜色素上皮(RPE)组成,对正常视觉至关重要。除了吞噬光感受器碎片外,RPE还向神经视网膜输送氧气和营养物质。RPE细胞自身的能量产生主要依赖于乳酸,乳酸是糖酵解的主要副产物。乳酸通过羟基羧酸受体1(HCAR1)传递其大部分生物效应。本文发现乳酸特异性受体HCAR1仅在亚视网膜的RPE细胞中表达,且Hcar1−/−小鼠在发育期间表现出明显变薄的脉络膜血管系统。值得注意的是,乳酸对脉络膜的血管生成特性因Hcar1缺失而受到影响。HCAR1缺陷小鼠表现出升高的内质网应激以及真核翻译起始因子2α磷酸化,整体蛋白质翻译速率显著下降,脉络膜血管系统的增殖率降低。引人注目的是,使用一种逆转真核翻译起始因子2α磷酸化作用的抑制剂抑制整合应激反应,可恢复蛋白质翻译并挽救脉络膜变薄。这些结果证明,通过HCAR1的乳酸信号传导对脉络膜发育/血管生成很重要,并强调了该受体在建立成熟视觉中的重要性。

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
乳酸受体HCAR1在脉络膜发育中是否发挥作用及其分子机制。
核心机制
HCAR1缺失导致RPE细胞氧化应激和内质网应激,激活PERK-eIF2α-ATF4通路,抑制全球蛋白质翻译,下调生长因子表达,从而抑制脉络膜血管增殖和发育。
主要证据
Hcar1−/−小鼠显示中央脉络膜变薄、Ki-67阳性细胞减少、OPP掺入降低、eIF2α磷酸化增加;体外脉络膜出芽实验中,乳酸仅对含RPE的脉络膜外植体促出芽;ISRIB处理可恢复蛋白质翻译和脉络膜厚度。
研究意义
揭示了乳酸经HCAR1信号对脉络膜发育/血管生成的重要性,为脉络膜发育相关眼病提供了潜在治疗靶点。

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

验证HCAR1在RPE中的表达

确定HCAR1在亚视网膜中的定位

通过免疫荧光和RT-PCR检测HCAR1在RPE/脉络膜复合体和原代RPE细胞中的表达。

2

比较Hcar1−/−和WT小鼠的脉络膜厚度

评估HCAR1缺失对脉络膜发育的影响

通过凝集素染色和共聚焦显微镜测量不同发育时间点的脉络膜厚度。

3

体外脉络膜出芽实验

验证乳酸-HCAR1信号是否直接促进脉络膜血管生成

分离脉络膜或RPE/脉络膜外植体,用乳酸或DHBA处理,观察血管出芽。

4

检测细胞增殖和蛋白质合成

确定HCAR1缺失是否影响脉络膜细胞增殖和蛋白质合成

通过Ki-67染色评估增殖,通过OPP掺入实验检测蛋白质合成速率。

5

检测氧化应激和内质网应激

探索HCAR1缺失导致脉络膜变薄的分子机制

测量ROS/RNS水平、SOD活性、NRF2表达以及内质网应激标志物和UPR通路蛋白。

6

ISRIB治疗实验

验证抑制ISR通路是否能挽救HCAR1缺失引起的脉络膜变薄

对Hcar1−/−和WT小鼠玻璃体腔注射ISRIB,评估脉络膜厚度和生长因子表达。

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
L-乳酸Sigma-AldrichL7022
3,5-二羟基苯甲酸Sigma-AldrichD110000
ISRIBSigma-AldrichSML0843
RNeasy Plus 微型试剂盒Qiagen74136
iScript cDNA SuperMixBio-Rad--
SYBR Green 预混液试剂盒Bio-Rad1725124
小鼠RPE65抗体Santa Cruz BiotechnologySc-390787
兔HCAR1抗体Sigma-AldrichSAB1300790
罗丹明标记的Griffonia simplicifolia凝集素IVector LaboratoriesRL-1102
FITC-鬼笔环肽Biotium00030
兔Ki-67抗体AbcamAb16667
小鼠eIF2α (D-3)抗体Santa Cruz BiotechnologySc-133132
兔磷酸化eIF2α抗体AbcamAb32157
小鼠BiP抗体BD BioscienceBD 610978
小鼠PDI抗体AbcamAb2792
小鼠HSP90抗体Santa Cruz BiotechnologySc-13119
兔磷酸化PERK抗体InvitrogenMA5-15033
兔PERK抗体BiossBS-2469R
兔ATF4/creb-2 (b3)抗体Santa Cruz BiotechnologySc-390063
兔β-微管蛋白抗体Proteintech10068-1-AP
小鼠β-肌动蛋白(C4)抗体Santa Cruz BiotechnologySc-47778
兔NRF2抗体AbcamAb31163
兔磷酸化IRE-1α抗体Sigma-AldrichS724
兔IRE-1α抗体Cell Signaling Technology3294
小鼠XBP-1s抗体Cell Signaling Technology40435 (E9V3E)
兔ATF-6抗体AbcamEPR22690-84
兔Iba-1抗体AbcamAb178847
小鼠podocalyxin抗体R & D BiosystemsMAB1556
α-SMA抗体Thermo Fisher ScientificA 2547
山羊抗兔HRP二抗Cell Signaling Technology7074S
山羊抗小鼠HRP二抗Bio-Rad172-1011
DMEM培养基Invitrogen--
FungizoneThermo Fisher Scientific15290026
胰蛋白酶Sigma-AldrichT9201
I型胶原酶Sigma-AldrichC0130
贴壁因子Gibco, Fisher ScientificS006100
TritonX-100Sigma-AldrichT-8787
金抗淬灭封片剂Thermo Fisher ScientificP36961
DAPISigma-AldrichD9542
Matrigel基质胶Corning Life Science--
EBM2培养基LonzaCC-3156
Dispase II中性蛋白酶RocheC756V28
Hanks平衡盐溶液Invitrogen88284
RIPA裂解液Cell Signaling Technology9806
蛋白酶抑制剂混合物Roche11697498001
Bradford蛋白定量试剂Bio-Rad5000006
Western Lightning Plus-ECL底物PerkinElmerNEL103E001 EA
小鼠生长因子芯片C3RayBiotech--
OxiSelect体外ROS/RNS检测试剂盒Cell BiolabsSTA-347-5
SOD活性检测试剂盒Sigma-Aldrich19160
原位细胞死亡检测试剂盒(TUNEL)RocheC755B40
Click-&-Go Plus 488 OPP蛋白质合成检测试剂盒Click-Chemistry Tool1493
OCT包埋剂Thermo Fisher Scientific--
过氧化氢Sigma-Aldrich349887

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
动物模型与基因型
小鼠品系(C57BL/6)、Hcar1敲除策略(跨膜结构域2替换为IRES-lacZ-neo cassette)、饲养条件、基因型鉴定方法
阅读提示:Materials and Methods: Animals; Genotypic Screening
时间点与年龄
明确检测和处理的发育时间点PT7、PT9、PT12、PT15以及部分PT30
阅读提示:Materials and Methods: Animals; Results
化学处理(体外)
l-乳酸浓度(10 mmol/L)、3,5-二羟基苯甲酸浓度(80 μmol/L)、溶剂(PBS)和pH(6.5-7.3)
阅读提示:Materials and Methods: Chemical Preparations
脉络膜厚度测量
染色方法(凝集素)、测量位置(距视神经150μm间隔)、图像分析软件和放大倍数
阅读提示:Materials and Methods: Quantification of Choroidal Thickness
体外脉络膜出芽实验
外植体制备(含或不含RPE)、Matrigel用量(30 μL)、处理时间(第4~6天)、血管面积测量方法
阅读提示:Materials and Methods: Choroidal Sprout Assay
ISRIB干预
ISRIB浓度(200 nmol/L)、溶剂(DMSO)、注射方式(玻璃体腔)、注射次数和时间(PT7、PT9、PT12)、评估时间(PT9、PT12、PT15)
阅读提示:Materials and Methods: Animals; Results: ISR Inhibitor