脆性 X 小鼠模型中星形胶质细胞分泌因子 Hevin 和 SPARC 的发育表达改变

Altered Developmental Expression of the Astrocyte-Secreted Factors Hevin and SPARC in the Fragile X Mouse Model.

作者信息Jessica Wallingford, Angela L Scott, Kelly Rodrigues, Laurie C Doering
PMID28900386
发布时间2017-08-29
DOI10.3389/fnmol.2017.00268

实验完整度

包含体内组织蛋白水平检测、体外星形胶质细胞分离与共培养功能验证,并明确报告样本量、重复数和统计方法。

主要模型

Fmr1 KO小鼠(皮层和海马组织) Fmr1 KO原代皮层星形胶质细胞 WT皮层和丘脑神经元与WT或Fmr1 KO星形胶质细胞共培养

重点核对

小鼠基因型(WT与Fmr1 KO)及年龄(P7、P14、P21) 皮层和海马组织蛋白提取与Western blot检测 P14皮层星形胶质细胞分离(MACS)及hevin蛋白水平 共培养系统中星形胶质细胞基因型(WT vs KO) 共培养时间(14天体外)及突触密度检测

摘要

星形胶质细胞功能障碍已被指出与许多神经发育障碍有关,包括脆性 X 综合征(FXS)。FXS 是由脆性 X 智力低下蛋白(FMRP)缺乏引起的。FMRP 调节许多 mRNA 的翻译,其缺失扰乱了树突棘和突触发育重要蛋白质的组成。在这里,我们研究了已知调节兴奋性突触发育的星形胶质细胞衍生因子 hevin 和 SPARC 在 FXS 中是否表达改变。具体来说,我们分析了这些因子在野生型(WT)小鼠和缺乏 FMRP 表达的脆性 X 智力低下 1(Fmr1)基因敲除(KO)小鼠中的表达。样本收集自发育中的皮层和海马(FXS 中树突棘异常的脑区)的 Fmr1 KO 和 WT 幼鼠。与 WT 相比,Hevin 和 SPARC 在 Fmr1 KO 小鼠中表现出改变的表达模式,且呈脑区特异性。在皮层组织中,我们发现出生后第 14 天(P14)Fmr1 KO 小鼠的 hevin 水平与 WT 相比短暂增加。此外,在 P7 和 P14 时,Fmr1 KO 皮层中 SPARC 水平有适度降低。在海马中,P7 Fmr1 KO 小鼠的 hevin 表达远低于 WT。在 P14 时,海马 hevin 水平在基因型之间相似,到 P21 时,Fmr1 KO hevin 表达超过 WT 水平。这些发现暗示 FXS 中星形胶质细胞信号传导异常,并提示 hevin 和 SPARC 的表达改变导致 FXS 中突触发育异常。

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
在FXS中,星形胶质细胞分泌的突触发育调节因子hevin和SPARC的表达是否发生改变?
核心机制
FMRP缺失导致星形胶质细胞分泌因子hevin和SPARC表达异常,且呈脑区和发育时间点特异性,可能通过影响兴奋性突触形成(如丘脑皮层突触)导致FXS中的突触发育异常。
主要证据
Western blot显示皮层P14 hevin升高(Fmr1 KO为WT的144.5%)、P7和P14 SPARC降低;海马P7 hevin降低(31.4%)、P21升高(145.7%);共培养实验中Fmr1 KO星形胶质细胞使VGlut2+/PSD95+突触密度增加43.2%。
研究意义
研究为理解FXS中星形胶质细胞介导的神经回路调控机制提供基础,并强调FXS的时空特异性,为未来治疗干预提供新视角。

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FMRP发育表达模式

确定WT小鼠皮层和海马中FMRP在不同发育时间点的表达水平,为理解hevin调控提供背景。

通过Western blot检测P7、P14、P21 WT小鼠皮层和海马组织中FMRP蛋白水平,并以P7为基准进行相对定量。

2

检测皮层和海马中hevin和SPARC的蛋白表达

比较WT和Fmr1 KO小鼠在不同发育阶段皮层和海马中hevin和SPARC的表达水平。

收集P7、P14、P21皮层和海马组织,Western blot检测hevin(~130kDa)和SPARC(~37kDa)蛋白水平,并与WT比较。

3

分离皮层星形胶质细胞并检测hevin表达

验证P14皮层中hevin的差异是否特异于星形胶质细胞。

使用MACS从P14 WT和Fmr1 KO皮层分离星形胶质细胞,进行Western blot检测hevin蛋白水平。

4

建立星形胶质细胞-神经元共培养体系并检测丘脑皮层突触

探究Fmr1 KO星形胶质细胞对WT神经元丘脑皮层突触形成的影响。

将WT皮层和丘脑神经元与WT或Fmr1 KO星形胶质细胞共培养14天,免疫细胞化学检测VGlut2+/PSD95+共定位点。

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。

验证模型特征
验证分子表达变化
评估体内效果
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
提取溶液Sigma-AldrichE7526
组织制备溶液Sigma-AldrichT3073
中和溶液BSigma-AldrichN3910
REDExtract-N-Amp PCR反应混合物Sigma-AldrichR4775
DC蛋白测定Bio-Rad--
髓鞘去除磁珠IIMiltenyi Biotec130-096-731
抗星形胶质细胞表面抗原-2(ACSA-2)微珠试剂盒Miltenyi Biotec130-097-678
Fc受体封闭试剂Miltenyi Biotec130-097-678
最低必需培养基Invitrogen--
马血清Invitrogen--
多聚赖氨酸Sigma-Aldrich--
层粘连蛋白Invitrogen--
神经组织解离试剂盒Miltenyi Biotec130-092-628
生物素抗体混合物Miltenyi Biotec130-098-754
抗生物素微珠Miltenyi Biotec130-098-754
抗GFAP抗体DakoZ0334
抗GFAP抗体NeuromicsCH22102
抗hevin抗体Biossbs-6110R
抗SPARC抗体R&D SystemsAF942
驴抗兔Alexa Fluor 568InvitrogenA10042
驴抗山羊FITCJackson705-095-147
驴抗鸡FITCJackson703-095-155
ProLong Gold防淬灭封片剂(含DAPI)Life Technologies--
蔡司AxioImager M2显微镜Zeiss--
抗VGlut2抗体Synaptic Systems135 403
抗PSD95抗体MilliporeMAB1596
抗MAP2抗体NeuromicsCH22103
山羊抗兔FITCJackson ImmunoResearch111-095-144
驴抗小鼠Alexa Fluor 594InvitrogenA-21203
2× Laemmli上样缓冲液Bio-Rad--
聚偏二氟乙烯膜Bio-Rad--
Trans-Blot Turbo转印系统Bio-Rad--
ChemiDoc成像系统Bio-Rad--
抗FMRP抗体Cell Signalling Technology4317
辣根过氧化物酶偶联二抗GE Healthcare Life SciencesNA934-1ML
辣根过氧化物酶偶联二抗Santa Cruz Biotechnologysc-2020
增强化学发光显影液Bio-Rad--
Image Lab软件5.2Bio-Rad--
GraphPad Prism软件5.0GraphPad Software Inc.--

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
动物模型与基因分型
小鼠品系(FVB.129P2[B6]-Fmr1tm1Cgr)、年龄(P7、P14、P21)、性别(雄性)、基因型确认方法
阅读提示:Materials and Methods: Animals, Genotyping
组织取材与蛋白提取
皮层和海马组织来源、裂解缓冲液(lysis buffer与RIPA buffer)、离心条件
阅读提示:Materials and Methods: Cortical and Hippocampal Tissue Isolation for Western Blotting
星形胶质细胞分离
MACS分离步骤、ASC-2微珠试剂盒、细胞数量上限(1×10^7)
阅读提示:Materials and Methods: Cortical Astrocyte Isolation via MACS
Western blot检测
上样量(组织30μg,星形胶质细胞10μg)、抗体浓度、显影系统
阅读提示:Materials and Methods: Western Blotting, Figure 1-5 legends
共培养与突触分析
星形胶质细胞与神经元来源、共培养时间(14天)、VGlut2+/PSD95+共定位标准
阅读提示:Materials and Methods: Primary Cortical Astrocyte Cultures, Co-Cultures, Immunocytochemistry, Synaptic Puncta Analysis