脊髓损伤后ISRIB治疗减弱激活的eIF2α信号改善运动功能

Attenuation of Activated eIF2α Signaling by ISRIB Treatment After Spinal Cord Injury Improves Locomotor Function.

作者信息Lei Chang, Xiangyang Liu, Jing Chen, Hongzhe Liu, Guoping Wang, Guohua Wang, Xiaoyun Liao, Xiongjie Shen
PMID34647267
发布时间2022-03
DOI10.1007/s12031-021-01920-9

实验完整度

体外及体内实验,包括WB、IF、H&E、行为学测试,并从分子、细胞到整体水平验证ISRIB的治疗作用。

主要模型

C57BL/6JNifdc小鼠脊髓损伤模型 神经元

重点核对

C57BL/6JNifdc小鼠,8周龄,体重20-23g,雄性 SCI模型:T9节段中度挫伤(10g,1.5cm) ISRIB剂量:2.5mg/kg/天,腹腔注射 检测时间点:1、3、7、28 dpi BMS评分和足迹分析:n=6,每只小鼠测试3次

摘要

脊髓损伤(SCI)后,脊髓损伤节段会瞬间激活多种信号级联反应,形成复杂且致病的微环境,使得SCI难以治疗。然而,整合应激反应(ISR)在SCI后一系列生理和病理变化中的意义仍不清楚。通过蛋白质印迹(WB),我们确定应激受体(GCN2、PERK、PKR和HRI)的自磷酸化在SCI后增强,导致eIF2α在Ser51位点的磷酸化增加。引人注目的是,我们发现eIF2α在损伤后1天(dpi)高度磷酸化,并且此后在脊髓中,尤其是在神经元中,这种低磷酸化得以维持,这表明干预eIF2α磷酸化可能是SCI的一种治疗策略。因此,我们使用小分子ISRIB,在ISR中度或低度激活时抑制eIF2α磷酸化,但在ISR高度激活时不抑制。每日腹腔注射ISRIB显著抑制SCI后的ISR信号,减少RNA结合蛋白的胞质定位,并降低神经元凋亡。组织学和功能实验进一步证明,SCI后使用ISRIB治疗有效遏制了形态学恶化并促进了运动功能的恢复。总之,ISR在SCI中起重要作用,ISRIB是治疗SCI的有前景的药物。

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
本研究旨在探讨整合应激反应(ISR)在脊髓损伤(SCI)后的作用,并评估ISRIB治疗对神经元存活和运动功能恢复的影响。
核心机制
SCI后ISR被激活,eIF2α磷酸化增加,导致蛋白合成抑制、ATF4核转位及应激颗粒形成,最终促进神经元凋亡;ISRIB通过促进eIF2B组装,抑制eIF2α磷酸化信号,从而减轻这些效应。
主要证据
WB显示SCI后eIF2α磷酸化持续增加,ISRIB处理降低GADD34、CHOP表达,减少C-Cas12和C-Cas3裂解;IF显示ISRIB减少神经元中C-Cas3和TIA-1荧光强度;行为学测试显示ISRIB改善BMS评分和足迹。
研究意义
本研究揭示ISR在SCI亚急性期的作用,支持ISRIB作为SCI治疗的有前景的药物。

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

建立SCI模型并给药

建立小鼠脊髓损伤模型,并施加ISRIB治疗以观察其对ISR信号的干预效果。

对C57BL/6JNifdc小鼠进行T9节段中度挫伤(10g,1.5cm),术后腹腔注射ISRIB(2.5mg/kg/天)或溶剂。

2

检测ISR信号通路激活

验证SCI后ISR的四个分支(PERK、GCN2、HRI、PKR)是否被激活,并观察eIF2α磷酸化变化。

在1、3、7 dpi提取脊髓组织,通过WB检测PERK、GCN2、HRI、PKR的磷酸化水平及eIF2α磷酸化水平。

3

评估ISRIB对凋亡的影响

检测ISRIB处理后凋亡相关蛋白的变化,验证其对神经元凋亡的抑制作用。

在7 dpi通过WB检测GADD34、CHOP、裂解的caspase-12,通过IF检测神经元中裂解的caspase-3的表达。

4

检测蛋白合成和应激颗粒形成

探究ISRIB对SCI诱导的蛋白合成抑制和RNA结合蛋白胞质易位的影响。

在7 dpi注射puromycin标记新生蛋白,通过WB检测蛋白合成;通过核质分离和IF检测ATF4、TIA-1、FUS、TDP-43的亚细胞定位。

5

评估组织病理和行为学功能

观察ISRIB治疗对SCI后组织病理变化和运动功能恢复的影响。

在28 dpi进行H&E染色观察组织形态,通过BMS评分和足迹分析评估运动功能。

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
ISRIBMedChemExpressHY-12495
抗PKR抗体Proteintech18244-1-AP
抗ATF4抗体Proteintech10835-1-AP
抗组蛋白H3抗体Proteintech17168-1-AP
抗TIA-1抗体Proteintech12133-2-AP
抗FUS抗体Proteintech11570-1-AP
抗磷酸化eIF2S1 (Ser51)抗体Proteintech28740-1-AP
抗eIF2α抗体Proteintech11170-1-AP
抗GAPDH抗体Proteintech60004-1-Ig
抗GADD34抗体Proteintech10449-1-AP
抗CHOP抗体Proteintech15204-1-AP
抗GCN2抗体Cell Signaling TechnologyPA5-105886
抗caspase 12抗体BioVision3282-100
抗PERK抗体Santa Cruz BiotechnologySC377400
抗HRI抗体Santa Cruz BiotechnologySC-365239
抗TDP-43抗体Santa Cruz BiotechnologySC-376311
抗磷酸化PERK (Thr980)抗体BiossBS-3330R
抗嘌呤霉素抗体MerckMABE343
嘌呤霉素Merck540222
抗磷酸化GCN2 (Thr899)抗体Thermo Fisher ScientificPA5-105886
抗磷酸化PKR (Thr446 + Thr451)抗体Thermo Fisher ScientificBS-3337R
抗NeuN抗体Abcamab104224
抗裂解caspase-3抗体Abcamab49822
Alexa Fluor 488标记的山羊抗兔二抗Abcam--
Alexa Fluor 647标记的山羊抗小鼠二抗Abcam--
Bradford试剂Abcamab119216
山羊抗兔/小鼠IgG (H+L) HRPMultiSciences--
含DAPI的荧光封片剂YEASEN36308ES20
上样缓冲液BeyotimeP0015L
抗原修复液BeyotimeP0083
蛋白酶抑制剂BeyotimeP1005
裂解液BOSTERAR0101
牛血清白蛋白SigmaA7030
核蛋白和胞浆蛋白提取试剂盒BeyotimeP0027
ChemiDicTM XRS+成像系统Bio-Rad--
蔡司LSM710显微镜Zeiss--
GraphPad Prism 8GraphPad Software--

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
小鼠品系、性别、年龄、体重、饲养条件
阅读提示:Materials and Methods, Animal and Ethic Statement
SCI模型建立
挫伤参数(重量、高度)、节段、手术步骤
阅读提示:Materials and Methods, SCI Model and Drug Treatment
药物处理
ISRIB剂量、给药途径、给药频率、溶剂
阅读提示:Materials and Methods, SCI Model and Drug Treatment
WB分析
组织取材时间、蛋白提取方法、抗体信息、上样量、内参
阅读提示:Materials and Methods, WB Analysis
IF染色
固定方式、切片厚度、抗原修复、抗体孵育条件、图像采集和定量方法
阅读提示:Materials and Methods, IF Staining
行为学评估
BMS评分时间和标准、足迹分析方法
阅读提示:Materials and Methods, BMS Scoring System and Footprint Analysis