α-突触核蛋白动力学连接外周细胞中的Ⅰ型干扰素反应与SARS-CoV-2复制

Alpha-synuclein dynamics bridge Type-I Interferon response and SARS-CoV-2 replication in peripheral cells.

作者信息Fiona Limanaqi, Silvia Zecchini, Irma Saulle, Sergio Strizzi, Claudia Vanetti, Micaela Garziano, Gioia Cappelletti, Debora Parolin, Sonia Caccia, Daria Trabattoni, Claudio Fenizia, Mario Clerici, Mara Biasin
PMID38191441
期刊Biol Res
发布时间2024-01-09
DOI10.1186/s40659-023-00482-x

实验完整度

研究包含细胞模型(A549-hACE2、CaLu-3、HUVECs、PBMC共培养)、功能验证(siRNA敲低、外源α-syn/IFN-β处理)及机制验证(western blot检测多聚体/单体比值、免疫荧光、转录分析),并涉及体内相关模型(PBMC共培养)。

主要模型

A549-hACE2人肺上皮细胞系 CaLu-3人肺腺癌细胞系 HUVECs人脐静脉内皮细胞 PBMC-上皮细胞共培养体系

重点核对

SARS-CoV-2感染时间点(24h、48h、72h,MOI 0.05或1) 外源α-syn单体浓度(1μM)及IFN-β浓度(500 IU/ml) SNCA-siRNA敲低效率及其对病毒复制的影响 α-syn多聚体/单体比值的Western blot检测(19kDa单体、75kDa多聚体)

摘要

背景:越来越多的证据表明,α-突触核蛋白(α-syn)在包括SARS-CoV-2在内的多种病毒感染中具有双重作用。尽管已知α-syn积累有助于细胞毒性以及神经病理学表现的发展和/或恶化,但它也是维持抗病毒先天免疫的关键。与α-syn聚集作为帕金森病的标志一致,大多数研究α-syn生物学功能的研究都集中在神经细胞上,而关于α-syn在外周中的作用的研究有限,尤其是在SARS-CoV-2感染中。结果:本文通过实时qPCR、免疫荧光和蛋白质印迹获得的结果表明,外周细胞中α-syn的上调是作为针对SARS-CoV-2感染的Ⅰ型干扰素(IFN)相关反应而发生的。值得注意的是,这种效应主要涉及α-syn多聚体以及动态的α-syn多聚体:单体比值。过量α-syn单体的给药促进了SARS-CoV-2复制,同时下调了肺上皮细胞中的干扰素刺激基因(ISG),这与α-syn多聚体和α-syn多聚体:单体比值降低相关。这些效应通过联合给予IFN-β得以预防,IFN-β阻碍了病毒复制并上调了ISG,同时在无细胞毒性的情况下增加了α-syn多聚体和α-syn多聚体:单体比值。最后,在显示出流产性SARS-CoV-2复制的内皮细胞中,暴露于病毒和外源性α-syn后,α-syn多聚体和多聚体:单体比值并未降低,表明只有生产性病毒感染才会损害α-syn多聚化以及多聚体:单体平衡。结论:我们的研究为α-syn的生物学提供了新的见解,表明其动态构象参与外周细胞针对SARS-CoV-2感染的先天免疫反应。特别是,我们的结果表明,促进无毒的α-syn多聚体可能作为一种Ⅰ型IFN相关的生物学反应发生,该反应参与了病毒复制的抑制。需要进一步的研究在神经细胞以及动物模型中重复我们的发现,并确定这种α-syn构象的性质。

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
α-syn在外周细胞中的表达和动力学是否参与SARS-CoV-2感染的先天免疫反应,以及其与Ⅰ型干扰素反应的关系。
核心机制
SARS-CoV-2通过损害α-syn多聚化,降低多聚体/单体比值,从而促进病毒复制,而Ⅰ型干扰素(IFN-β)通过促进α-syn多聚体和上调ISG来抑制病毒复制。
主要证据
通过qPCR、免疫荧光和Western blot显示,SARS-CoV-2感染导致SNCA mRNA和α-syn蛋白下调,外源α-syn单体增加病毒复制并下调ISGs,IFN-β逆转这些效应并增加α-syn多聚体;在非生产性感染的HUVECs和PBMC中未见α-syn多聚化受损。
研究意义
研究首次表明外周细胞中α-syn动力学与Ⅰ型干扰素反应相关,促进无毒α-syn多聚体可能参与抑制SARS-CoV-2复制,为外周组织和免疫细胞中的α-syn作为潜在抗病毒靶点提供依据。

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α-syn表达和病毒感染动态

确定SARS-CoV-2感染对α-syn mRNA和蛋白表达的影响。

在A549-hACE2和CaLu-3细胞中,以MOI 0.05感染SARS-CoV-2,24和48小时后通过qPCR和免疫荧光检测SNCA mRNA和α-syn蛋白水平。

2

SNCA基因敲低实验

探究内源性α-syn是否影响SARS-CoV-2复制。

使用SNCA-siRNA转染A549-hACE2细胞,24小时后感染SARS-CoV-2,48小时后通过qPCR检测SNCA和病毒N基因表达,并评估细胞活力和病毒滴度。

3

外源α-syn单体及IFN-β处理实验

评估外源性α-syn单体和IFN-β对SARS-CoV-2复制及α-syn多聚化动态的影响。

在感染前24小时,对A549-hACE2和CaLu-3细胞给予外源α-syn单体(1μM)和/或IFN-β(500 IU/ml),然后感染SARS-CoV-2,通过RT-qPCR检测病毒复制,免疫荧光检测α-syn和病毒蛋白,Western blot分析α-syn多聚体和单体。

4

内毒素细胞(HUVECs)感染实验

在非生产性感染模型中验证α-syn多聚化改变是否仅依赖于生产性感染。

HUVECs以MOI 1感染SARS-CoV-2,并在有无外源α-syn或IFN-β的情况下培养,检测病毒N基因和α-syn表达,并通过免疫荧光观察α-syn核旁聚集体。

5

PBMC-上皮细胞共培养实验

模拟肺部微环境,探究免疫细胞中SNCA表达与上皮细胞感染易感性的关系。

PBMCs来自健康供者,与CaLu-3细胞共培养,感染SARS-CoV-2后3天,检测PBMCs中SNCA mRNA水平及共培养上清中病毒RNA水平。

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----
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
L-谷氨酰胺----
EMG-2培养基Lonza--
干扰素-βBEI Resources--
α-突触核蛋白单体Merck-Sigma--
SNCA-siRNAThermo ScientificAM16708
非靶向siRNAThermo ScientificAM4613
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Scientific--
Triton X-100----
抗α-突触核蛋白抗体BiossBSM-54277R
抗SARS-CoV-2刺突蛋白抗体GenetexGTX632604
抗SARS-CoV-2核衣壳蛋白抗体Cell Signaling33717
Alexa Fluor偶联二抗abcam--
DAPI封片剂Enzo Life Sciences--
硫黄素-SMerck-SigmaT1892
RNAzol试剂TEL-TEST Inc.--
无RNA酶DNase (RQ1 DNase)Promega--
SYBR Green PCR预混液Promega--
RIPA裂解液----
蛋白酶和磷酸酶抑制剂Roche Applied Science--
BCA蛋白定量试剂盒Pierce--
Laemmli SDS样品缓冲液----
PVDF膜----
Clarity Western ECL底物Bio-Rad--
HRP标记的山羊抗兔二抗Bio-RadSTAR208P
MTT试剂----
台盼蓝Merck-Sigma--
Maxwell RSC仪器Promega--
CFX96实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
TCS SP8共聚焦显微镜Leica Microsystems--
ImageJ软件NIH--
Nanodrop 2000分光光度计Thermo Scientific--
Trans-Blot Turbo转印系统Bio-Rad--
ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad--
Image Lab软件Bio-Rad--

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
细胞系、培养基、血清浓度、抗生素
阅读提示:Materials and methods: Cell cultures
病毒感染
MOI、感染时间、洗弃病毒步骤
阅读提示:Materials and methods: SARS-CoV-2 infection and treatments
药物处理
IFN-β浓度、α-syn浓度、预处理时间(24h)
阅读提示:Materials and methods: SARS-CoV-2 infection and treatments
SNCA敲低
siRNA序列、浓度、转染试剂、孵育时间
阅读提示:Materials and methods: SNCA RNA interference
免疫荧光
固定液、固定时间、通透剂浓度、通透时间、抗体稀释度
阅读提示:Materials and methods: Immunofluorescence; Figure legends
Western blot
裂解液、上样量、电泳条件、转膜条件、抗体稀释度
阅读提示:Materials and methods: Western blot