USP9X介导的Raptor去泛素化促进P301S小鼠自噬损伤和记忆缺陷

USP9X-mediated deubiquitination of Raptor contributes to autophagy impairment and memory deficits in P301S mice.

作者信息Siyi Zheng, Jiahui Zhu, Cailin Wang, Yanqing Wu, Shangqi Sun, Hongxiu Guo, Yanmin Chang, Rong Ma, Gang Li
PMID39449082
发布时间2024-10
DOI10.1186/s12964-024-01872-8

实验完整度

包含体外细胞实验(HEK293T、HEK293T-P301S、HEK293T-Tau)和体内动物模型(P301S小鼠)两个独立证据层级,并进行了功能验证(自噬、tau降解)和机制验证(USP9X去泛素化)。

主要模型

P301S小鼠(tau蛋白病模型) HEK293T细胞 HEK293T-P301S细胞(表达P301S突变tau) HEK293T-Tau细胞(稳定表达GFP-Tau)

重点核对

Raptor在P301S小鼠海马中的表达水平(6月龄和9月龄) Raptor敲低对mTORC1激活和自噬标志物(LC3-II/I、P62)的影响 USP9X与Raptor的相互作用(免疫共沉淀) WP1130对USP9X、Raptor、tau及自噬的影响 Raptor敲低对认知行为(NOR和MWM测试)的影响

摘要

背景:包括阿尔茨海默病在内的tau蛋白病,其特征是tau蛋白的病理性聚集,这与自噬-溶酶体降解途径的失调密切相关。然而,针对该途径的治疗策略仍然有限。方法:我们使用体外和体内模型研究Raptor在tau病理中的作用。进行Raptor敲低以评估其对mTORC1激活、自噬和tau积累的影响。还检查了USP9X与Raptor之间的关系。采用WP1130对USP9X的药理学抑制进一步证实USP9X-Raptor-mTORC1轴参与tau降解。结果:P301S小鼠海马中Raptor水平升高导致mTORC1过度激活,损害自噬通量。Raptor敲低有效抑制mTORC1激活,促进自噬,并减轻tau及其磷酸化异构体的积累。tau病理的减少伴随海马神经元损失的减少、突触损伤的改善和认知功能的改善。在P301S小鼠海马中观察到的Raptor蛋白增加可能归因于USP9X含量升高,这增强了Raptor去泛素化并保护其免受蛋白酶体降解。体外WP1130对USP9X的药理学抑制有效抑制Raptor,促进自噬,并加速tau和磷酸化tau的降解。结论:我们的发现强调Raptor和USP9X是tau蛋白病治疗干预的有前景的分子靶点。靶向USP9X-Raptor-mTORC1轴可能为促进自噬和减轻阿尔茨海默病及其他tau蛋白病中的tau病理提供新策略。

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
Raptor在tau病理中的作用及其调控机制,以及靶向USP9X-Raptor-mTORC1轴是否能通过促进自噬减轻tau病理。
核心机制
USP9X通过去泛素化Raptor,保护其免受蛋白酶体降解,导致Raptor水平升高,激活mTORC1,抑制自噬,进而促进tau积累和记忆缺陷。
主要证据
P301S小鼠海马中Raptor和USP9X升高,Raptor敲低抑制mTORC1激活并促进自噬,降低总tau和磷酸化tau水平;WP1130抑制USP9X后促进自噬和tau降解,Raptor过表达或CQ处理逆转该效应。
研究意义
Raptor和USP9X可能是tau蛋白病治疗的潜在靶点,靶向USP9X-Raptor-mTORC1轴可能为阿尔茨海默病及其他tau蛋白病提供新的治疗策略。

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

Raptor表达和mTORC1信号改变

验证在P301S小鼠海马中Raptor表达和mTORC1活性是否改变。

通过Western blot和免疫荧光检测不同月龄(3、6、9个月)P301S小鼠和WT小鼠海马中Raptor表达,并检测mTORC1信号通路组分(p-mTOR、p-P70 S6K)和自噬标志物(LC3、P62)。

2

Raptor敲低体内功能验证

评估Raptor敲低对P301S小鼠认知功能、突触和神经元完整性的影响。

双侧向6月龄P301S小鼠海马CA3区注射AAV-shRaptor或对照病毒,1个月后进行行为学测试(NOR和MWM),并通过Western blot、电子显微镜、Golgi染色、Nissl染色和TUNEL染色评估突触、神经元和凋亡。

3

Raptor敲低体内自噬和tau病理分析

验证Raptor敲低是否通过激活自噬来减少tau积累。

分析海马组织中mTORC1活性、自噬标志物、自噬体数量、总tau和磷酸化tau水平,并使用sarkosyl分级、免疫组化和免疫荧光检测tau病理。

4

Raptor体外过表达和敲低实验

在细胞模型中验证Raptor对自噬和tau水平的影响。

在HEK293T和HEK293T-P301S细胞中瞬时转染Raptor过表达质粒或shRaptor,检测自噬标志物和tau水平。

5

USP9X在P301S小鼠中的表达及其与Raptor的相互作用

研究USP9X是否通过去泛素化Raptor导致其水平升高。

通过qPCR、Western blot和免疫荧光检测Raptor mRNA和USP9X水平,通过免疫共沉淀检测USP9X和Raptor的相互作用。

6

WP1130的体外药理学验证

验证抑制USP9X是否能促进自噬和tau降解,并证实通过Raptor和自噬依赖的机制。

在HEK293T-P301S细胞中,给予WP1130处理,检测USP9X、Raptor、自噬标志物和tau水平,并通过Raptor过表达或CQ处理进行回复实验。

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----
Opti-MEM培养基Invitrogen--
Neofect转染试剂NeofectTF201201
WP1130MedChemExpressHY-13264
氯喹Sigma-AldrichC6628
MG132MedChemExpressHY-13259
pAAV-U6-shRNA(Rptor)-CMV-EGFP-WPREOBIO Biotech--
pAAV-U6-shRNA(NC2)-CMV-EGFP-WPREOBIO Biotech--
pLKO.1-shRNA-Raptor质粒Addgene1857
EGFP-pRK5-HA-Raptor质粒Tsingke Biotechnology--
EGFP-C1-P301S质粒OBIO Biotech--
DAB显色试剂ServicebioG1212
DAPI染料ServicebioG1012
抗荧光淬灭封片剂ServicebioG1401
三色多重荧光染色试剂盒RecordBioRC0086-23R
甲苯胺蓝试剂ServicebioG1036
一步法TUNEL原位凋亡检测试剂盒Elabscience--
FD快速高尔基染色试剂盒FD Neuro TechnologiesPK401
Protein A+G琼脂糖珠BeyotimeP2012
Trizol试剂Thermo Fisher Scientific15596018
逆转录试剂盒TakaraRR037
一步法SYBR PrimeScript PLUS RT-PCR试剂盒TakaraRR096A
RIPA裂解液ServicebioG2006
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime Biotechnology--
硝酸纤维素膜Whatman10600002
快速封闭液epizymePS108
快速剥离缓冲液cwbioCW0056S
ECL成像系统Clinx Science Instruments Co., Ltd.610007-8Q
CCK-8试剂Dojindo--
JEM-1400透射电子显微镜JEOL LTD--
MWZ-100系统Techman--
OLYMPUS SV120扫描显微镜OLYMPUS--
尼康光学显微镜Nikon--
ABI StepOnePlus实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--

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
动物模型与立体定向注射
P301S小鼠品系、年龄(6月龄)、性别(雄性)、注射部位(海马CA3区)、病毒类型和滴度、注射体积(500 nl)和注射速率(100 nl/min)
阅读提示:Materials and Methods: Animals, Stereotactic brain injection
行为学测试
注射后时间(1个月)、NOR测试盒尺寸(50x50 cm)、熟悉和测试时间(5分钟)、MWM训练天数(5天)、平台位置、探针试验时长(60秒)
阅读提示:Materials and Methods: Behavior tests
细胞培养与转染
细胞系(HEK293T、HEK293T-P301S、HEK293T-Tau)、培养基(DMEM+10% FBS)、转染试剂(Neofect)、质粒DNA量(1 µg)、转染时间(24-36小时)
阅读提示:Materials and Methods: Cell culture, transfection and plasmids
药物处理
WP1130浓度(5 µM)和处理时间(24小时)、CQ浓度(20 µM)、MG132浓度(20 µM)、CHX浓度(20 µg/ml)
阅读提示:Materials and Methods: Drug administration
蛋白质印迹
一抗稀释度(见表1)、二抗稀释度、上样量、转膜条件、封闭条件
阅读提示:Materials and Methods: Protein extraction and Western blot; Table 1