衰老胶质细胞连接线粒体功能障碍与脂质积累

Senescent glia link mitochondrial dysfunction and lipid accumulation

作者信息China N Byrns, Alexandra E Perlegos, Karl N Miller, Zhecheng Jin, Faith R Carranza, Palak Manchandra, Connor H Beveridge, Caitlin E Randolph, V Sai Chaluvadi, Shirley L Zhang, Ananth R Srinivasan, F C Bennett, Amita Sehgal, Peter D Adams, Gaurav Chopra, Nancy M Bonini
PMID38839958
期刊Nature
发布时间2024-06
DOI10.1038/s41586-024-07516-8

实验完整度

包含果蝇体内衰老胶质细胞鉴定、RNAi筛选、转录组与脂质组学分析、AP1靶向干预和寿命/健康寿命评估,以及人成纤维细胞体外验证等多层级实验。

主要模型

果蝇大脑(TRE-dsRed报告系) IMR90人成纤维细胞

重点核对

AP1活性报告系(TRE-dsRed)用于识别衰老胶质细胞 神经元线粒体基因RNAi敲低(ND42、ND75、COX5A、NP15.6等) AP1靶向干预(UAS-dFosDN或UAS-puc)的给药方案(RU-486 1天/周) BODIPY染色和脂质组学分析脂质积累 SA-β-Gal活性、γH2Av、EdU标记等衰老标志物检测

摘要

衰老是一种与多种哺乳动物物种的衰老和年龄相关疾病相关的细胞状态1,2。急性期,衰老细胞促进伤口愈合3,4并防止肿瘤形成5;但它们也具有促炎性,因此慢性期会加剧组织衰退。尽管衰老细胞是抗衰老治疗的有效靶点6–11,但这些细胞在体内形成的原因、它们如何影响组织衰老以及清除它们的效果仍不清楚12,13。在这里,我们鉴定了果蝇衰老大脑中自然发生的衰老胶质细胞,并揭示了它们的起源和影响。利用激活蛋白1(AP1)活性来筛选衰老14,15,我们确定衰老胶质细胞可以响应神经元线粒体功能障碍而出现。反过来,衰老胶质细胞促进非衰老胶质细胞中的脂质积累;在培养的衰老人成纤维细胞中也观察到类似效应。靶向衰老胶质细胞中的AP1活性可缓解衰老生物标志物,延长果蝇寿命和健康寿命,并防止脂质积累。然而,这些益处是以大脑中氧化损伤增加为代价的,并且神经元线粒体功能仍然较差。总之,我们的结果描绘了体内自然发生的衰老胶质细胞的轨迹,并表明这些细胞连接了关键的衰老现象:线粒体功能障碍和脂质积累。

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
体内自然发生的衰老胶质细胞的起源及其对组织衰老的影响是什么?
核心机制
神经元线粒体功能障碍触发胶质细胞AP1活性,导致胶质细胞衰老,衰老胶质细胞通过AP1依赖性方式促进非衰老胶质细胞中的脂质积累(FFA在衰老胶质细胞中富集,TAGs在非衰老胶质细胞中积累)。
主要证据
果蝇中AP1+胶质细胞的鉴定和衰老标志物检测;神经元线粒体基因RNAi敲低诱导AP1+胶质细胞产生;AP1靶向干预延长寿命并减少脂质积累;人成纤维细胞条件培养基实验表明JUN依赖性LD诱导。
研究意义
研究揭示了体内自然衰老胶质细胞的起源和影响,表明它们连接线粒体功能障碍和脂质积累,为抗衰老策略提供潜在靶点。

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

鉴定衰老胶质细胞

确定果蝇大脑中是否存在自然发生的衰老胶质细胞及其特征。

使用TRE-dsRed报告系观察AP1活性随年龄的变化,结合胶质细胞和神经元标记物染色,检测SA-β-Gal、γH2Av等衰老标志物,并通过FACS分选和bulk RNA-seq分析AP1+胶质细胞的转录组特征。

2

探索衰老胶质细胞的起源

确定衰老胶质细胞是否由神经元线粒体功能障碍触发。

通过神经元特异性RNAi筛选敲低线粒体内膜复合物基因,观察AP1活性变化,并进行转录组和脂质组学分析。

3

评估AP1靶向干预的影响

确定调节胶质细胞AP1活性对寿命、健康寿命和衰老标志物的影响。

使用胶质细胞特异性基因Switch系统表达UAS-dFosDN或UAS-puc,以不同频率(7、3、1天/周)阻断AP1活性,测量寿命、爬行能力、热休克恢复和SA-β-Gal活性。

4

分析脂质积累及机制

确定衰老胶质细胞是否促进脂质积累及其机制。

通过BODIPY染色观察脂滴积累,进行脂质组学分析,并检查脂质合成基因表达。在人成纤维细胞中验证JUN的作用。

5

评估氧化损伤

确定AP1靶向干预对氧化损伤的影响。

通过DHE染色和H2O2应激实验评估氧化损伤和应激耐受性。

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
Leica DM 6000 CS共聚焦显微镜Leica--
BD FACS Aria II SORPBD--
Illumina NovaSeq S4Illumina--
Amersham Imager 600Amersham--
DMEM培养基Gibco10313-121
胎牛血清Corning35-011-CV
青霉素-链霉素Gibco15140-122
谷氨酰胺Gibco25030-081
Dharmacon siRNADharmacon--
Dharmafect转染试剂Dharmacon--
BODIPY 493/503染料InvitrogenD3922
DAPI----
Hoechst染料----
Syto60染料ThermoFisherS11342
anti-repo抗体DSHB8D12
anti-elav抗体DSHB7E8A10
anti-γH2Av抗体DSHBUNC93-5.2.1
anti-tubulin抗体DSHBAA4.3
anti-JUN抗体Cell Signaling Technology9165
RNeasy迷你试剂盒Qiagen74104
Zymo RNA清洁和浓缩-5试剂盒ZymoR1013
高容量cDNA逆转录试剂盒Applied Biosystems4368814
Fast SYBR Green主混合物ThermoFisher4385612
ViiA 7实时PCR系统Applied Biosystems--
线粒体ToxGlo检测PromegaG8001
Agilent 6495C三重四极杆质谱仪Agilent--
LipidMaps数据库----
木瓜蛋白酶WorthingtonPAP2 LK003178
LiberaseRoche5401119001
RNA酶抑制剂Takara2313A
Laemmli缓冲液Bio-Rad161-0737
cOmplete mini无EDTA蛋白酶抑制剂混合物Roche--
β-巯基乙醇Sigma-AldrichM6250
RU-486Sigma-AldrichM8046-1G
AD4 (N-乙酰半胱氨酸)----
过氧化氢----
DHEThermoFisherD11347
Click-iT EdU成像试剂盒ThermoFishermp10338
正常山羊血清----
AlexaFluor 647二抗ThermoFisherA-21235
ECL试剂CytivaRPN2232

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
果蝇饲养
饲养温度、湿度、光照周期、食物配方
阅读提示:Methods:Fly stocks and maintenance
AP1活性检测
TRE-dsRed报告系、年龄(5-40天)
阅读提示:Methods:Whole-mount brain immunofluorescence,图1b,c
衰老标志物检测
SA-β-Gal染色、γH2Av免疫印迹、EdU标记
阅读提示:Methods:Whole-mount brain immunohistochemistry、Western immunoblot、Cell proliferation by EdU labelling
FACS分选
样品制备(papain/liberase消化)、分选参数、细胞数量(500个/RNA-seq;100,000/脂质组学)
阅读提示:Methods:FACS-based isolation of AP1+ glia, AP1neg glia and neurons
RNA-seq
文库制备、测序平台、比对软件、差异表达分析参数
阅读提示:Methods:Bulk RNA-seq and analysis
脂质组学
脂质提取方法、质谱参数、数据标准化
阅读提示:Methods:Unbiased lipidomics for multiple reaction monitoring profiling and analysis
神经元RNAi实验
RNAi品系、诱导时间、温度、RU-486浓度
阅读提示:Methods:Fly stocks and maintenance、Results 图2b
AP1干预实验
UAS-dFosDN/UAS-puc表达、RU-486给药频率(7、3、1天/周)
阅读提示:Methods:Fly stocks and maintenance、Results 图3a
行为学
寿命记录、爬行能力、热休克、氧化应激
阅读提示:Methods:Behavioural assays