硫酸乙酰肝素修饰的Glypican-4通过蛋白水解脱落和GPI锚切割机制从星形胶质细胞释放。

Heparan Sulfated Glypican-4 Is Released from Astrocytes by Proteolytic Shedding and GPI-Anchor Cleavage Mechanisms.

作者信息Kevin Huang, Sungjin Park
PMID34301723
期刊eNeuro
发布时间2021-08-09
DOI10.1523/ENEURO.0069-21.2021

实验完整度

高

包含体外细胞实验(HEK293T和原代星形胶质细胞)、多种生化检测(Western blot、荧光素酶释放实验、生物素化、超速离心、毒素下拉、DEAE下拉),并进行了功能获得和缺失验证(shRNA敲低和过表达)。

主要模型

小鼠原代星形胶质细胞 HEK293T细胞

重点核对

检测GPC4释放的Nluc-GPC4报告基因构建体 PI-PLC处理用于验证GPI锚定 ADAM9 shRNA敲低和过表达验证ADAM9的作用 GM6001处理抑制金属蛋白酶 肝素酶处理验证硫酸乙酰肝素修饰

摘要

星形胶质细胞为神经元提供可扩散因子,促进突触形成和成熟。特别是,星形胶质细胞释放的glypican-4/GPC4促进兴奋性突触的成熟。与其他分泌因子不同,GPC4含有C端GPI锚信号。然而,膜结合的GPC4从星形胶质细胞释放的机制尚不清楚。利用小鼠原代星形胶质细胞培养和基于荧光素酶的定量释放实验,我们表明GPC4通过GPI锚定在星形胶质细胞表面表达。可溶性GPC4从星形胶质细胞中大量释放,主要通过蛋白水解脱落,其次通过GPI锚切割,但不通过囊泡释放。药理学、过表达和功能缺失筛选表明,ADAM9部分介导了星形胶质细胞中GPC4的释放。释放的GPC4含有硫酸乙酰肝素侧链,表明这些释放机制提供了促进突触成熟和功能的活性形式。总的来说,我们的研究确定了星形胶质细胞中GPC4的释放机制和主要释放酶,并将为理解星形胶质细胞如何调节突触形成和成熟提供见解。

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
膜锚定的GPC4如何从星形胶质细胞释放?
核心机制
GPC4主要通过蛋白水解脱落释放,部分通过GPI锚切割,ADAM9部分介导该过程。
主要证据
利用Nluc-GPC4报告基因和生化检测,显示PI-PLC处理释放GPC4,但超速离心未检测到囊泡相关GPC4;GM6001和ADAM9敲低减少释放,ADAM9过表达增加释放;释放的GPC4含有硫酸乙酰肝素侧链。
研究意义
本研究为理解星形胶质细胞如何调节突触形成和成熟提供了酶学机制,为神经胶质细胞通讯的研究提供了新角度。

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GPC4的GPI锚定

确认GPC4是否以GPI锚形式表达在细胞表面。

在HEK293T细胞中表达HA标记的GPC4,并用PI-PLC处理,检测培养基中GPC4的释放;在原代星形胶质细胞中检测内源性GPC4的释放和表面生物素化。

2

量化GPC4释放动力学

定量测量GPC4从星形胶质细胞表面释放的速率。

构建Nluc-GPC4融合蛋白,在星形胶质细胞中表达,测量培养基中Nluc活性随时间的变化,并比较与Nluc-Prion的释放率。

3

确定释放机制:区分表面脱落、囊泡释放和GPI切割

明确GPC4释放是通过表面脱落、囊泡释放还是GPI锚切割。

通过表面生物素化实验检测释放的GPC4是否来自细胞表面;通过超速离心分离囊泡部分检测GPC4是否与囊泡相关;通过α-毒素下拉实验检测释放的GPC4是否含有GPI锚核心结构。

4

鉴定参与GPC4脱落的蛋白酶

确定哪种蛋白酶负责GPC4的蛋白水解脱落。

使用广谱金属蛋白酶抑制剂GM6001处理星形胶质细胞,检测GPC4释放的变化;通过shRNA敲低候选ADAM蛋白酶(Adam9、Adam10等)并过表达ADAM9来验证其作用。

5

验证释放的GPC4的硫酸乙酰肝素修饰

确认释放的GPC4是否保留硫酸乙酰肝素侧链,这是其突触形成功能所必需的。

用肝素酶处理释放的Nluc-GPC4,然后通过DEAE阴离子交换柱下拉,检测与阴性对照相比的结合变化;比较基础释放和PI-PLC释放的GPC4的DEAE结合能力。

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
DMEM培养基--Invitrogen
胎牛血清--Invitrogen
青霉素/链霉素--Invitrogen
木瓜蛋白酶溶液----
多聚-D-赖氨酸MilliporeA-003-E
胶原蛋白Advanced BioMatrix5005-100ML
GM6001----
磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C----
ToxiLight细胞毒性检测试剂盒LonzaLT17-217
HA抗体BioLegend901501
GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118S
IGFBP2抗体Cell Signaling Technology3922S
Nluc抗体R&D BiosystemsMAB100261
CD9抗体Abcamab92726
NanoLuc荧光素酶底物Promega--
被动裂解缓冲液PromegaE1941
Sulfo-NHS-SS-生物素Invitrogen21331
链霉亲和素珠子Invitrogen29201
α-毒素质粒----
TALON珠子Takara635501
DEAE-琼脂糖珠子SigmaDFF100-50ML
肝素酶IINEBP0735S
肝素酶IIINEBP0737S
TRI试剂InvitrogenAM9738
PrimeScript高保真RT-PCR试剂盒TakaraR022A
SYBR Select预混液Applied Biosystems4472908
Fugene转染试剂PromegaE2691

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
原代星形胶质细胞来自P2小鼠皮层,性别不限;培养条件包括DMEM高糖培养基和10%马血清;nucleofection使用Lonza Nucleofector 4D系统,设置为CL-133。
阅读提示:材料与方法:细胞培养
GPC4释放检测
Nluc-GPC4报告基因构建体;培养基中Nluc活性测量方法;细胞裂解液制备方法。
阅读提示:材料与方法:荧光素酶实验、细胞培养
药理处理
GM6001浓度25 μM,处理3小时;PI-PLC处理时间0.5-3小时或过夜。
阅读提示:材料与方法:药理学
机制研究
表面生物素化步骤,包括Sulfo-NHS-SS-biotin浓度、淬灭和免疫沉淀条件;超速离心条件:100,000 × g离心1.5小时;α-毒素下拉实验条件。
阅读提示:材料与方法:生物素化、超速离心、α-毒素下拉
基因敲低和过表达
shRNA序列和载体;nucleofection条件;ADAM9过表达质粒(pCMV3 C-HA ADAM9);ADAM10过表达质粒(pCS2 cHA3 mADAM10)。
阅读提示:材料与方法:细胞培养、克隆、表格1