功能性μ-阿片-甘丙肽受体异源二聚体在腹侧被盖区中的作用

Functional μ-Opioid-Galanin Receptor Heteromers in the Ventral Tegmental Area.

作者信息Estefanía Moreno, César Quiroz, William Rea, Ning-Sheng Cai, Josefa Mallol, Antoni Cortés, Carme Lluís, Enric I Canela, Vicent Casadó, Sergi Ferré
PMID28007761
发布时间2017-02
DOI10.1523/JNEUROSCI.2442-16.2016

实验完整度

研究包含体外转染细胞(BRET、BiFC、信号通路检测)、离体脑片(MAPK/AKT/CREB磷酸化)和在体微透析(多巴胺释放)等多个独立证据层级,并利用破坏性肽进行功能与机制验证。

主要模型

HEK-293T转染细胞 大鼠VTA脑片 大鼠在体微透析模型

重点核对

HEK-293T细胞中MOR与Gal1R的异源二聚化(BRET和BiFC实验) MOR TAT-TM5肽对MOR-Gal1R异源二聚化的选择性破坏作用 转染细胞和大鼠VTA脑片中甘丙肽与内吗啡肽-1之间的负交叉对话及交叉拮抗作用 大鼠VTA脑片中ERK1/2、AKT和CREB磷酸化的检测 在体微透析实验中,MOR TAT-TM5肽对甘丙肽阻断内吗啡肽-1诱导的多巴胺释放的逆转作用

摘要

神经肽甘丙肽已被证明与阿片系统相互作用。更具体地说,甘丙肽拮抗全身给予μ-阿片受体(MOR)激动剂的行为效应。然而,这种甘丙肽-阿片相互作用的机制一直不明确。使用哺乳动物转染细胞中的生物物理技术,我们发现了MOR与甘丙肽受体亚型Gal1(Gal1R)选择性异源二聚化的证据。同样在转染细胞中,一种合成肽选择性地破坏了MOR-Gal1R异源二聚化以及MOR和Gal1R配体之间的特定相互作用:一种负交叉对话,即甘丙肽拮抗内源性MOR激动剂内吗啡肽-1诱导的MAPK激活,以及一种交叉拮抗,即MOR拮抗剂拮抗甘丙肽诱导的MAPK激活。这些特定的相互作用代表了MOR-Gal1R异源二聚体的生化特性,随后可以在大鼠腹侧被盖区(VTA)切片中原位识别,通过MAPK激活以及另外两条细胞信号通路AKT和CREB磷酸化。此外,体内微透析实验表明,破坏性肽选择性地拮抗了甘丙肽阻断局部输注内吗啡肽-1诱导的大鼠VTA树突状多巴胺释放的能力,证明了位于VTA中的MOR-Gal1R异源二聚体在直接控制多巴胺细胞功能及其介导MOR和Gal1R配体之间拮抗相互作用的能力中起关键作用。结果还表明,MOR-Gal1R异源二聚体应被视为治疗阿片使用障碍的靶点。

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
甘丙肽与阿片系统之间拮抗相互作用的具体机制是什么?
核心机制
MOR与Gal1R在VTA中形成功能性异源二聚体,介导甘丙肽与MOR配体之间的负交叉对话和交叉拮抗,从而调控多巴胺能神经元活性。
主要证据
体外转染细胞中BRET、BiFC实验证实MOR-Gal1R异源二聚化;转染细胞和大鼠VTA脑片中观察到负交叉对话和交叉拮抗,并被MOR TAT-TM5肽选择性阻断;在体微透析实验显示MOR TAT-TM5肽逆转甘丙肽对内吗啡肽-1诱导多巴胺释放的阻断作用。
研究意义
MOR-Gal1R异源二聚体是治疗阿片使用障碍的潜在新靶点。

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

体外验证MOR与Gal1R异源二聚化

确定MOR是否能与Gal1R和/或Gal2R形成异源二聚体

在HEK-293T细胞中共表达MOR-Rluc与Gal1R-YFP或Gal2R-YFP,进行BRET饱和实验;共表达MOR-nYFP与Gal1R-cYFP或Gal2R-cYFP进行BiFC实验;并测试MOR TAT-TM1、TM5、TM7肽对BiFC的影响。

2

体外鉴定MOR-Gal1R异源二聚体的功能特性

评估MOR-Gal1R异源二聚体是否表现出独特的信号传导特性(负交叉对话和交叉拮抗)

在共表达MOR和Gal1R的HEK-293T细胞中,用甘丙肽、内吗啡肽-1、M40、CTOP及TAT-TM肽处理,检测ERK1/2磷酸化水平。

3

在大鼠VTA脑片中验证MOR-Gal1R异源二聚体功能

确定MOR-Gal1R异源二聚体是否在天然组织中存在并发挥功能

制备大鼠VTA脑片,用甘丙肽、内吗啡肽-1、M40、CTOP及TAT-TM肽处理,检测ERK1/2、AKT和CREB磷酸化水平。

4

在体评估MOR-Gal1R异源二聚体对树突状多巴胺释放的调控

研究MOR-Gal1R异源二聚体是否调节VTA中树突状多巴胺释放

在自由活动的大鼠VTA中植入微透析探针,缓慢输注内吗啡肽-1、甘丙肽及TAT-TM肽,收集透析液并检测多巴胺含量。

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Life Technologies--
胎牛血清Invitrogen--
L-谷氨酰胺Invitrogen--
青霉素/链霉素Invitrogen--
MEM非必需氨基酸溶液Invitrogen--
聚乙烯亚胺Sigma--
蛋白酶抑制剂混合物----
Bradford检测试剂盒Bio-Rad--
牛血清白蛋白----
腔肠素HInvitrogen--
小鼠单克隆抗RLuc受体抗体Millipore--
Cy3驴抗小鼠抗体Jackson ImmunoResearch--
Mowiol封片剂Calbiochem--
Leica SP2共聚焦显微镜Leica--
小鼠抗磷酸化ERK1/2抗体Sigma--
兔抗总ERK1/2抗体Sigma--
兔抗磷酸化Ser473-AKT抗体SAB Signalway Antibody--
小鼠抗总AKT抗体Cell Signaling--
兔抗磷酸化CREB抗体Abcam--
小鼠抗总CREB抗体Millipore--
IRDye 800(抗小鼠)抗体Sigma--
IRDye 680(抗兔)抗体Sigma--
Odyssey红外扫描仪LI-COR Biosciences--
Equithesin麻醉剂----
CMA-120笼具CMA Microdialysis--
双通道顶置液体转环Instech--
样品收集器(CMA 470)CMA--
1 μl注射器Hamilton--
石英毛细管Polymicro--
高效液相色谱ESA--
库仑检测器(5200a Coulochem III)ESA--
甘丙肽----
M40----
CTOP----
MOR TAT-TM1----
MOR TAT-TM5----
MOR TAT-TM7----

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
体外转染细胞实验
细胞系(HEK-293T)、转染cDNA量、PEI转染方法、TAT-TM肽浓度(4 μm)和处理时间(4小时)
阅读提示:Materials and Methods: Cell culture and transient transfection, BiFC, BRET
细胞信号通路检测
激动剂(甘丙肽、内吗啡肽-1)浓度(100 nM)和处理时间(12分钟)、拮抗剂(CTOP、M40)浓度(10 μm)和预处理时间(20分钟)、TAT-TM肽预处理时间(4小时)
阅读提示:Materials and Methods: Determination of phosphorylated ERK1/2, AKT, and CREB in cells or in VTA tissue; Figure Legends 2-4
大鼠VTA脑片实验
大鼠品系(Sprague Dawley)、月龄(2个月)、VTA切片厚度(500 μm)、激动剂浓度(1 μm)和处理时间(12分钟)、拮抗剂浓度(10 μm)和预处理时间(20分钟)、TAT-TM肽浓度(4 μm)和预处理时间(3小时)
阅读提示:Materials and Methods: Rat VTA slices preparation; Determination of phosphorylated ERK1/2, AKT, and CREB in cells or in VTA tissue; Figure Legends 5-6
在体微透析实验
大鼠品系(Sprague Dawley)、月龄(3个月)、麻醉剂(Equithesin)、VTA坐标(前囟后-5.6 mm,外侧2.4 mm,垂直-9 mm,10°角)、探针植入时间(24小时恢复)、灌流速度(1 μl/min)、肽类输注浓度(内吗啡肽-1/甘丙肽:10 μm;TAT-TM肽:60 μm)和速度(16.6 nl/min)
阅读提示:Materials and Methods: In vivo microdialysis experiments; Figure Legend 7