NRF1通过上调METTL3转录促进GLRX m6A甲基化减轻帕金森病小鼠的运动功能障碍和多巴胺神经元变性

NRF1 mitigates motor dysfunction and dopamine neuron degeneration in mice with Parkinson's disease by promoting GLRX m6 A methylation through upregulation of METTL3 transcription.

作者信息Xin Gong, Mengyi Huang, Lei Chen
PMID37735974
发布时间2024-03
DOI10.1111/cns.14441

实验完整度

包含MPTP诱导的PD小鼠模型、BV-2细胞模型,并通过过表达/敲低实验、MeRIP、RIP、ChIP、双荧光素酶等进行了功能与机制验证。

主要模型

MPTP诱导的PD小鼠模型 BV-2小胶质细胞

重点核对

MPTP剂量:30 mg/kg,腹腔注射,连续5天 AAV血清型9注射:2 μL,5×10^13 vg/mL,速率0.2 μL/min 行为学测试:转棒、爬杆、悬挂、旷场实验 检测指标:TH、Nissl、TUNEL、qRT-PCR、Western blot、MeRIP、RIP、ChIP 细胞系:BV-2,转染试剂Lipofectamine 2000

摘要

目的:帕金森病(PD)的特征是黑质致密部(SNpc)多巴胺能神经元的严重丢失,而谷氧还蛋白(GLRX)已被发现可调节多巴胺能神经元的死亡。在此背景下,本研究旨在揭示GRX1对PD小鼠运动功能障碍和多巴胺神经元变性的影响及其潜在机制。方法:通过向小鼠注射1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)建立PD小鼠模型。在小鼠中进行功能获得和功能丧失实验后,使用转棒、爬杆和旷场实验评估运动协调性,并通过酪氨酸羟化酶免疫组织化学和尼氏染色检测小鼠SNpc组织中的神经变性。使用qRT-PCR、Western blot和免疫组织化学评估SNpc组织中NRF1、甲基转移酶样3(METTL3)和GLRX的表达。使用MeRIP检测GLRX mRNA的N6-甲基腺苷(m6A)水平。通过RIP、ChIP和双荧光素酶实验确定NRF1、METTL3和GLRX之间的关系。结果:在MPTP诱导的小鼠中观察到GLRX、METTL3和NRF1表达降低,伴随GLRX mRNA的m6A修饰水平降低。GLRX过表达可减轻MPTP诱导小鼠的运动功能障碍和多巴胺神经元变性。METTL3促进GLRX mRNA的m6A修饰和IGF2BP2依赖性稳定性,NRF1通过结合METTL3启动子增加METTL3表达。NRF1过表达增加GLRX mRNA的m6A修饰,并抑制MPTP诱导小鼠的运动功能障碍和多巴胺神经元变性,而METTL3敲低可抵消这一作用。结论:NRF1通过激活METTL3/GLRX轴限制了MPTP诱导的PD小鼠的运动功能障碍和多巴胺神经元变性。

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
NRF1是否通过调控METTL3介导的GLRX m6A甲基化影响PD小鼠的运动功能障碍和多巴胺神经元变性?
核心机制
NRF1作为转录因子结合METTL3启动子,上调METTL3表达,METTL3催化GLRX mRNA的m6A修饰,并增强IGF2BP2依赖性mRNA稳定性,最终上调GLRX表达,减轻PD病理。
主要证据
MPTP诱导的PD小鼠中NRF1、METTL3、GLRX表达降低,GLRX mRNA m6A水平降低;过表达GLRX或NRF1可改善运动功能并减少多巴胺神经元变性,而METTL3敲低逆转NRF1的效应;ChIP和双荧光素酶实验证实NRF1结合METTL3启动子,MeRIP和RIP实验证实METTL3/IGF2BP2调控GLRX mRNA。
研究意义
该研究为PD的未来治疗提供了新的见解和理论基础。

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PD小鼠模型并验证

建立MPTP诱导的PD小鼠模型,并评估运动功能障碍和多巴胺神经元变性。

向8周龄雄性C57BL/6小鼠腹腔注射MPTP(30 mg/kg,连续5天),通过转棒、爬杆、悬挂、旷场实验评估运动功能,通过Nissl染色和TH免疫组化评估SNpc神经元变性。

2

过表达GLRX对PD小鼠的影响

验证GLRX过表达是否减轻PD小鼠的运动功能障碍和多巴胺神经元变性。

通过立体定位注射AAV-GLRX(AAV-GFP载体)至PD小鼠脑内,检测GLRX表达,并进行行为学测试、Nissl、TH免疫组化和TUNEL染色。

3

METTL3对GLRX mRNA m6A修饰及稳定性的调控

验证METTL3是否通过m6A修饰增强GLRX mRNA稳定性,并依赖IGF2BP2。

在BV-2细胞中敲低METTL3,检测GLRX表达、m6A水平、mRNA稳定性(放线菌素D处理),通过MeRIP-qPCR和双荧光素酶实验验证METTL3与GLRX的结合;敲低IGF2BP1/2/3检测GLRX表达,通过RIP验证IGF2BP2与GLRX mRNA的结合。

4

NRF1对METTL3转录的调控

验证转录因子NRF1是否结合METTL3启动子并促进其转录。

在BV-2细胞中敲低NRF1,检测METTL3和GLRX表达及GLRX m6A水平;通过ChIP和双荧光素酶实验验证NRF1与METTL3启动子的结合。

5

NRF1过表达及METTL3敲低对PD小鼠的联合作用

验证NRF1过表达是否通过METTL3改善PD小鼠症状,以及METTL3敲低是否逆转其效应。

向PD小鼠注射AAV-NRF1和/或AAV-shMETTL3,检测相关表达、m6A水平、行为学、Nissl、TH免疫组化和TUNEL。

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
1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶Sigma-Aldrich--
腺相关病毒血清型9Hanbio--
pAAV-CAG-EGFP载体Addgene28014
抗GLRX抗体InvitrogenPA5-92389
抗NRF1抗体InvitrogenMA5-32782
抗METTL3抗体InvitrogenPA5-121190
抗酪氨酸羟化酶抗体InvitrogenPA1-4679
DAB显色试剂盒Invitrogen--
Alexa Fluor 546偶联山羊抗兔抗体Invitrogen--
Hoechst 33342Life Technologies--
尼氏染色液Beyotime--
TUNEL试剂盒BeyotimeC1091
蛋白酶KBeyotimeST532
最低必需培养基----
胎牛血清Gibco--
青霉素/链霉素Gibco--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
TRIzol试剂Invitrogen--
逆转录试剂盒TaKaRa--
SYBR Green荧光定量PCR试剂Roche Diagnostics--
LightCycler 480荧光定量PCR仪Roche Diagnostics--
RIPA裂解液Beyotime--
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
上样缓冲液Beyotime--
抗METTL14抗体InvitrogenPA5-117138
抗β-肌动蛋白抗体Abcamab8226
山羊抗兔IgG二抗Abcamab6702
山羊抗小鼠IgG二抗Abcamab6708
化学发光成像系统Bio-Rad--
Magna MeRIP™ m6A试剂盒EMD Millipore--
Magna RIP RNA结合蛋白免疫沉淀试剂盒Sigma-Aldrich17-700
抗IGF2BP2抗体Proteintech11601-1-AP
IgG抗体Abcamab205718
EZ-Magna ChIP试剂盒EMD Millipore17-10,086
抗NRF1抗体Abcamab175932
兔抗IgGAbcamab172730
双荧光素酶报告基因检测试剂盒Thermo Fisher Scientific16185

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
PD模型建立
MPTP剂量、给药方式、动物品系、性别、周龄、体重
阅读提示:Methods 2.1
病毒注射
AAV血清型、滴度、注射体积、注射速率、立体定位坐标、注射时间点
阅读提示:Methods 2.1
行为学测试
转棒转速、加速时间、测试时间;爬杆杆长、角度;悬挂时间;旷场大小、观察时间
阅读提示:Methods 2.2-2.5
细胞实验
细胞系、培养条件、转染试剂、siRNA序列、转染时间
阅读提示:Methods 2.10
分子生物学检测
抗体货号、稀释比例、试剂盒型号、PCR引物序列
阅读提示:Methods 2.11-2.16