泛素连接酶Triad1通过抑制MDM2介导的神经保护因子多效蛋白的泛素化促进神经突生长

Ubiquitin ligase Triad1 promotes neurite outgrowth by inhibiting MDM2-mediated ubiquitination of the neuroprotective factor pleiotrophin.

作者信息Chunshuai Wu, Guanhua Xu, Guofeng Bao, Hong Gao, Jiajia Chen, Jinlong Zhang, Chu Chen, Hongxiang Hong, Pengfei Xue, Jiawei Jiang, Yang Liu, Jiayi Huang, Yue Sun, Jiawei Fu, Yiqiu Li, Zhiming Cui
PMID36055408
发布时间2022-10
DOI10.1016/j.jbc.2022.102443

实验完整度

包含体内SCI大鼠模型(行为学、组织学)、细胞实验(星形胶质细胞/神经元共培养)、Co-IP泛素化实验及功能验证(过表达/敲低)。

主要模型

SCI大鼠模型 大鼠原代星形胶质细胞 大鼠原代皮层神经元 HEK-293细胞

重点核对

SCI模型建立方法:T9节段用10g锤从25mm高度打击 Triad1/MDM2/PTN过表达和敲低质粒及shRNA转染效率 星形胶质细胞与神经元共培养时间:3天 MDM2介导PTN泛素化及Triad1抑制作用的Co-IP检测 行为学评估:BBB评分和斜面实验

摘要

脊髓损伤(SCI)是脊柱损伤最严重的后果,但目前尚无有效治疗SCI的方法。我们之前已证明E3泛素连接酶两个环指和DRIL 1(Triad1)在SCI后促进神经突生长。然而,Triad1影响神经元生长的机制及其泛素化活性的潜在参与尚不清楚。神经保护性细胞因子多效蛋白(PTN)可促进小胶质细胞增殖和神经营养因子分泌以实现神经保护。我们通过免疫染色和行为学实验在大鼠中发现,Triad1和PTN的表达在SCI后1天达到峰值,且Triad1改善了SCI后的运动功能和组织形态学损伤。我们通过流式细胞术和星形胶质细胞/神经元共培养实验表明,Triad1过表达促进了PTN蛋白水平、神经营养生长因子(NGF)表达、脑源性神经营养因子(BDNF)表达、星形胶质细胞和神经元活力以及神经突生长,但抑制了星形胶质细胞凋亡,而shRNA介导的Triad1和PTN敲低则产生相反的效果。泛素连接酶鼠双微体2(MDM2)先前已被证明参与神经突生长过程并介导p53的泛素化。此外,我们证明MDM2过表达下调星形胶质细胞中PTN蛋白水平、NGF表达和BDNF表达,并抑制神经元的神经突生长。此外,MDM2促进了PTN的泛素化,而Triad1逆转了这种作用。最后,我们显示同时sh-PTN和MDM2过表达减弱了Triad1过表达促进神经突生长的作用。总之,我们提出Triad1通过抑制MDM2介导的PTN泛素化促进星形胶质细胞依赖性神经突生长,从而加速SCI后的恢复。

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
Triad1是否通过调节MDM2介导的PTN泛素化来影响SCI后的神经突生长和功能恢复?
核心机制
Triad1抑制MDM2介导的PTN泛素化,从而稳定PTN蛋白,促进星形胶质细胞分泌NGF和BDNF,进而增强星形胶质细胞依赖性神经突生长并改善SCI后的功能恢复。
主要证据
体内SCI模型显示Triad1过表达改善运动功能和组织学损伤;细胞实验显示Triad1过表达上调PTN、NGF和BDNF并促进神经突生长,而敲低PTN或MDM2过表达逆转这些效应;Co-IP证实Triad1抑制MDM2介导的PTN泛素化。
研究意义
为SCI治疗提供了新的理论基础,即靶向Triad1-MDM2-PTN通路可能促进神经修复。

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大鼠模型并评估损伤

验证SCI模型建立成功并评估运动功能和组织学损伤。

对SD大鼠进行T9节段打击损伤,通过BBB评分和斜面实验评估运动功能,通过H&E和Nissl染色观察组织学变化。

2

检测SCI后Triad1、PTN和MDM2的表达及相互作用

明确SCI后相关蛋白表达变化及其相互结合情况。

通过Western blot检测不同时间点蛋白表达,通过免疫组化和免疫荧光染色定位,通过Co-IP检测相互作用。

3

培养原代星形胶质细胞和神经元并鉴定

获得体外实验所需的原代细胞。

从新生大鼠皮层分离星形胶质细胞,从胚胎大鼠皮层分离神经元,通过免疫荧光鉴定。

4

验证Triad1对星形胶质细胞PTN、NGF和BDNF表达的影响

检测Triad1过表达或敲低是否影响PTN、NGF和BDNF的转录和翻译水平。

在星形胶质细胞中转染Triad1过表达质粒或sh-Triad1,通过Western blot和qRT-PCR检测表达,通过ELISA检测分泌水平。

5

评估Triad1对星形胶质细胞功能的影响

检测Triad1是否影响星形胶质细胞的活力和凋亡。

通过MTT实验检测活力,通过流式细胞术检测凋亡。

6

共培养星形胶质细胞与神经元评价神经突生长

检测星形胶质细胞中Triad1表达对神经元神经突生长的影响。

将转染后的星形胶质细胞与神经元共培养,通过MAP2免疫荧光染色和MTT检测神经突生长和活力。

7

检测PTN泛素化及其调控

验证Triad1是否抑制MDM2介导的PTN泛素化。

在HEK-293细胞或星形胶质细胞中共转染Flag-PTN、His-Ub、HA-MDM2和Myc-Triad1,通过Co-IP检测PTN泛素化水平。

8

验证MDM2对星形胶质细胞功能和神经突生长的影响

检测MDM2过表达或敲低是否影响NGF、BDNF表达及神经突生长。

在星形胶质细胞中过表达或敲低MDM2,检测NGF、BDNF表达,并共培养神经元评估神经突生长。

9

体内验证Triad1过表达对SCI大鼠的影响

评估Triad1过表达在体内是否改善SCI大鼠的运动功能和组织学损伤。

SCI大鼠术前通过鞘内注射Triad1过表达腺病毒,术后进行BBB评分和斜面实验,并进行H&E和Nissl染色。

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/F12培养基Gibco11330032
胎牛血清Gibco10099141
胰蛋白酶Gibco25200072
多聚-D-赖氨酸Thermo Scientific152035
6孔板Nest714011
神经元培养基Thermo Scientific88283
Lipofectamine 2000 CD转染试剂Invitrogen12566014
山羊血清Gibco16210072
牛血清白蛋白BeyotimeP0007
Triton X-100BeyotimeST797
抗MAP2抗体CST#8707
山羊抗兔IgG Alexa Fluor 488Abcamab150077
抗NeuN抗体BeyotimeAF1072
GFAP兔单克隆抗体BeyotimeAF1177
磷酸盐缓冲液BeyotimeC0221A
Alexa Fluor 488山羊抗兔IgGBeyotimeA0423
DAPISolarbioC0060
MTT缓冲液BeyotimeST316
二甲基亚砜BeyotimeST038
Varioskan LUX酶标仪Thermo Scientific--
Annexin V-FITC细胞凋亡检测试剂盒BeyotimeC1062S
流式细胞仪Thermo ScientificAttune NxT
NGF ELISA试剂盒MEIMIANMM-0187R2
BDNF ELISA试剂盒MEIMIANMM-0209R1
TRIeasy LS总RNA提取试剂YEASEN19201ES60
Hifair II第一链cDNA合成试剂盒YEASEN11119ES60
Hieff UNICON通用Blue qPCR SYBR Green预混液YEASEN11184ES03
DEPC处理水YEASEN10601ES76
7500 Fast实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
异氟烷RWDR51022
H&E染色试剂盒BeyotimeC0105S
二甲苯MacklinX821391
乙醇MacklinE809056
中性树胶OKAD11029
THUNDER成像系统Leica--
甲苯胺蓝缓冲液BestBioBB-44526-1
抗原修复液BeyotimeP0088
抗Triad1抗体InvitrogenPA5-70369
抗MDM2抗体InvitrogenPA5-86249
抗PTN抗体InvitrogenPA5-94984
山羊抗兔抗体Abcamab6721
ABC检测免疫组化试剂盒Abcamab64261
抗Triad1抗体Abcamab208624
抗PTN抗体Santa Cruz Biotechnologysc-74443
抗MDM2抗体Abcamab216076
抗NeuN抗体SCBTGTX30773
抗GFAP抗体Abcamab4648
山羊抗小鼠IgG H&L (Alexa Fluor 488)Abcamab150113
NP-40裂解液KeyGEN BioTECHKGP705
BCA检测试剂盒BeyotimeP0011
上样缓冲液MERYERM52282
SDS-PAGE凝胶BeyotimeP0012A
PVDF膜BeyotimeFFP24
Western blot封闭液KeyGEN BioTECHKGP108
Super ECL Plus超敏发光液MERYERM41129
Image Lab 3.0检测仪Bio-Rad--
抗MDM2抗体Abcamab259265
抗PTN抗体AntibodiesABIN3181062
抗Triad1抗体Abcamab133653
抗NGF抗体Abcamab52918
抗BDNF抗体Abcamab108319
抗β-actin抗体Abcamab8226
山羊抗兔IgGAbcamab6721
山羊抗小鼠IgGAbcamab6789
免疫沉淀裂解液BeyotimeP0013
Triad1或PTN偶联蛋白珠子Invitrogen10006D
HEK-293细胞ProcellCL-0001
HEK-293专用培养基ProcellCM-0001
抗Flag磁珠BeyotimeP2115
抗泛素多克隆抗体Absinabs146503
抗Flag抗体CST#14793
抗Myc抗体CST#2276
抗HA抗体CST#3724

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
SCI大鼠模型建立
打击重量、高度、打击节段,麻醉剂量,动物品系和体重,分组及样本量
阅读提示:Methods: Establishment of a SCI rat model; Animal experimental protocol
原代细胞培养
星形胶质细胞分离自1-2天龄大鼠,神经元分离自E18大鼠;培养基成分,培养时间,传代条件
阅读提示:Methods: Primary astrocyte culture; Primary cortical neuron culture
细胞转染
质粒和shRNA序列,转染试剂浓度,转染时间,细胞融合度
阅读提示:Methods: Astrocyte transfection
共培养实验
共培养时间(3天),神经元密度,石蜡珠数量,防止接触的方式
阅读提示:Methods: Coculture of neuron with astrocyte
泛素化检测
质粒组合(Flag-PTN, His-Ub, HA-MDM2, Myc-Triad1),MG132浓度,细胞系
阅读提示:Methods: Co-IP analysis; Results section "Triad1 inhibited the MDM2-mediated PTN ubiquitination"