抑制hnRNP A1与HK1 RNA的结合导致阿尔茨海默病模型中的糖酵解功能障碍。

Suppression of hnRNP A1 binding to HK1 RNA leads to glycolytic dysfunction in Alzheimer's disease models.

作者信息Xin-Hao Ji, Ting-Ting Liu, Ai-Hong Wei, Hui-Ping Lei, Yue Chen, Ling-Nan Wu, Ju Liu, Ying Zhang, Fei Yan, Mei-Xiang Chen, Hai Jin, Jing-Shan Shi, Shao-Yu Zhou, Feng Jin
PMID37744386
发布时间2023-08-31
DOI10.3389/fnagi.2023.1218267

实验完整度

包含体外细胞实验(HT22、原代神经元)、动物模型(3×Tg-AD小鼠)及分子机制验证(RIP、CLIP-qPCR、过表达/抑制),涵盖功能验证和机制验证。

主要模型

HT22小鼠海马神经元细胞系 Aβ25–35诱导的HT22细胞AD模型 3×Tg-AD(APP/PS1/Tau)小鼠模型 小鼠原代海马神经元

重点核对

hnRNP A1与HK1 mRNA的直接结合(RIP、CLIP-qPCR) VPC-80051抑制hnRNP A1 RNA结合域对HK1表达的影响 hnRNP A1过表达对Aβ25–35损伤HT22细胞糖酵解和细胞存活的影响 Aβ25–35通过p38 MAPK磷酸化下调hnRNP A1表达 3×Tg-AD小鼠脑组织中hnRNP A1随年龄下降

摘要

目的:探讨RNA结合蛋白hnRNP A1在小鼠海马神经元(HT22)中对糖酵解的作用机制。方法:通过HT22体外进行RIP和CLIP-qPCR,观察hnRNP A1调节糖酵解关键酶表达的机制。用VPC-80051抑制HT22中hnRNP A1蛋白的RNA结合域,观察hnRNP A1对HT22糖酵解的影响。使用慢病毒过表达hnRNP A1,观察hnRNP A1过表达对Aβ25–35损伤的HT22糖酵解的影响。通过Western blot检测野生型小鼠和不同年龄的三重转基因(APP/PS1/Tau)AD小鼠脑组织中hnRNP A1的表达。结果:RIP实验结果显示hnRNP A1与HK1 mRNA显著结合。CLIP-qPCR结果显示hnRNP A1直接结合HK1 mRNA的2605-2821区域。hnRNP A1抑制剂可下调HT22细胞中HK1 mRNA和HK1蛋白的表达。hnRNP A1过表达可通过hnRNP A1/HK1/丙酮酸途径显著降低Aβ25–35对神经元的毒性作用。此外,发现抑制hnRNP A1与淀粉样前体蛋白(APP)RNA的结合可增加Aβ表达,而Aβ25–35也通过增强HT22中p38 MAPK的磷酸化来下调hnRNP A1的表达。它们相互作用形成双向调节,进一步下调hnRNP A1的表达,最终加重糖酵解功能障碍。蛋白质印迹显示,小鼠脑组织中hnRNP A1随年龄增长而下降,且在AD小鼠中下降幅度更大,提示hnRNP A1的下降可能是AD发病的易感因素。

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
hnRNP A1是否通过调控HK1表达参与AD模型中的糖酵解功能障碍?
核心机制
hnRNP A1直接结合HK1 mRNA调控其表达,进而影响糖酵解;Aβ通过p38 MAPK磷酸化下调hnRNP A1,形成双向调节,加剧糖酵解功能障碍。
主要证据
RIP和CLIP-qPCR证实hnRNP A1结合HK1 mRNA;VPC-80051抑制hnRNP A1降低HK1表达,过表达hnRNP A1挽救Aβ25–35诱导的糖酵解损伤和神经元死亡;Aβ25–35通过p38 MAPK通路下调hnRNP A1。
研究意义
提示hnRNP A1可能是AD预防和治疗的潜在靶点,为糖酵解功能障碍与AD的关系提供了更直接的调节机制。

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

AD模型糖酵解功能障碍的表征

验证AD模型中是否存在糖酵解功能障碍。

使用3×Tg-AD小鼠和Aβ25–35诱导的HT22细胞,检测海马组织或细胞中HK活性、HK1蛋白表达、丙酮酸含量、PK和PFK活性,并通过18F-FDG MicroPET评估葡萄糖利用。

2

hnRNP A1表达的年龄和模型依赖性变化

探究hnRNP A1表达在AD发病中的变化。

通过Western blot检测不同月龄(6、9、16、21月龄)WT和3×Tg-AD小鼠脑组织中hnRNP A1表达,并在Aβ25–35处理的HT22细胞和原代海马神经元中检测hnRNP A1表达变化。

3

hnRNP A1对HK1的直接结合和调控

验证hnRNP A1是否直接结合HK1 mRNA并调控其表达。

使用VPC-80051抑制hnRNP A1 RNA结合域,检测HK1 mRNA和蛋白表达;构建hnRNP A1过表达细胞系,检测HK1表达;通过RIP和CLIP-qPCR鉴定结合区域。

4

hnRNP A1过表达对Aβ25–35损伤的挽救作用

验证增强hnRNP A1是否能改善Aβ25–35诱导的糖酵解功能障碍和神经元死亡。

在Aβ25–35诱导的HT22细胞中过表达hnRNP A1,检测细胞活力、轴突形态、HK活性、丙酮酸、乳酸、ATP含量;并过表达HK1或用丙酮酸处理以验证机制。

5

hnRNP A1与Aβ的双向调节机制

探究hnRNP A1与Aβ之间的相互调节关系。

使用VPC-80051抑制hnRNP A1后检测APP和Aβ表达;通过CLIP-qPCR鉴定hnRNP A1与APP mRNA的结合区域;检测Aβ25–35对p38 MAPK磷酸化的影响,并用p38 MAPK抑制剂验证其对hnRNP A1表达的调节。

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GIBCOC11995500BT
胎牛血清VIVACELLC04001500
青霉素-链霉素SolarbioP1400
Neurobasal-A培养基GIBCO10888022
B27添加剂GIBCO17504044
L-谷氨酰胺GIBCOA2916801
DMEM/F-12培养基GIBCOC11330500BT
Aβ25–35Sangon BiotechnologyP26152
2-脱氧-D-葡萄糖MCEHY-13966
UK-5099MCEHY-15475
VPC-80051Sangon--
p38 MAPK抑制剂-1MCEHY-12839
胰蛋白酶GIBCOC25200056
阿糖胞苷SANGON BIOTECHA607079
DAPISolarbioC0065
抗荧光淬灭剂SolarbioS2100
Aβ一抗Abcamab201060
荧光二抗ProteintechSA00013-2
Triton X-100SolarbioT8200
hnRNP A1抗体Cell Signaling Technology#8443S
RIPA裂解液(总蛋白提取)SolarbioR0010
BCA蛋白定量试剂盒GENERAYGK5012
p38 MAPK抗体Cell Signaling Technology#8690
p-p38 MAPK抗体Cell Signaling Technology#4511
HK1抗体Proteintech19662-1-AP
APP抗体Proteintech25524-1-AP
β-微管蛋白抗体Proteintech10068-1-AP
IgG抗体ProteintechSA00001-2
JC-1试剂盒SolarbioM8650
RNAiso Plus试剂盒TaKaRa9108
PrimeScript逆转录试剂盒TaKaRaRR037A
TB Green Premix Ex Taq IITaKaRaRR820A
热循环仪BIO-RADC1000 Touch
实时PCR检测仪BIO-RADCFX Connect
发光法ATP检测试剂盒abcamab113849
多功能酶标仪ThermoFisherVarioskan LUX
超声波细胞粉碎机ScientzScientz-IID
酶标仪ThermoFisherMuitisKan
己糖激酶活性测定试剂盒SolarbioBC0745
磷酸果糖激酶活性测定试剂盒SolarbioBC0535
噻唑蓝(MTT)SolarbioIM0280
CLIP试剂盒IEMedK319
RIP试剂盒IEMedK303
谷胱甘肽测定试剂盒SolarbioBC1175
活性氧检测试剂盒SolarbioCA1410
18F-氟代脱氧葡萄糖Sichuan Key Laboratory of Nuclear Medicine and Molecular Imaging--

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
AD模型建立
3×Tg-AD小鼠品系(APP/PS1/Tau)及野生型对照品系、月龄(9个月)、Aβ25–35浓度(20 μM)及孵育时间(7天聚集)
阅读提示:Methods: Mice, Preparation of Aβ25–35 solution, Results: Glycolytic dysfunction in AD models
hnRNP A1抑制和过表达
VPC-80051浓度(50 μM)及处理时间(24小时)、慢病毒过表达hnRNP A1的构建和感染条件
阅读提示:Methods: Cell lines and reagents, Results: hnRNP A1 directly binds to HK1 mRNA
分子结合验证
RIP和CLIP-qPCR的具体条件(抗体、磁珠、RNase T1等)及引物序列
阅读提示:Methods: CLIP-qPCR, RNA immunoprecipitation (RIP), Table 1和Table 2
糖酵解功能检测
HK、PFK、PK活性测定试剂盒及操作步骤、丙酮酸和ATP检测方法
阅读提示:Methods: Enzyme activity assay of key glycolytic enzymes, Measurement of pyruvate content, Measurement of ATP levels
体内成像和行为学
18F-FDG MicroPET成像参数、Morris水迷宫、转棒、旷场、筑巢实验的具体设置
阅读提示:Methods: Morris water maze, Rotating bar experiment, Open field experiments, Nesting experiments, 18F-FDG MicroPET