自闭症谱系障碍儿童海马体的分子图谱分析

Molecular profiling of the hippocampus of children with autism spectrum disorder

作者信息Lindsay E Rexrode, Joshua Hartley, Kurt C Showmaker, Lavanya Challagundla, Michael W Vandewege, Brigitte E Martin, Estelle Blair, Ratna Bollavarapu, Rhenius B Antonyraj, Keauna Hilton, Alex Gardiner, Jake Valeri, Barbara Gisabella, Michael R Garrett, Theoharis C Theoharides, Harry Pantazopoulos
PMID38355786
发布时间2024-07
DOI10.1038/s41380-024-02441-8

实验完整度

中

研究包含RNAseq、qRT-PCR、Western blot和免疫荧光等多种方法,但未涉及动物模型或功能验证实验。

主要模型

ASD患儿死后海马组织 正常对照儿童死后海马组织

重点核对

ASD儿童海马组织中MMP9蛋白(82kDa和65kDa亚型)表达增加 突触蛋白PSD95和SYN1蛋白表达降低 星形胶质细胞中BCAN表达增加 GFAP+BCAN+星形胶质细胞形态改变

摘要

多项证据表明海马体在自闭症谱系障碍(ASD)中起关键作用。已有研究报告了ASD患者海马体积改变、对人物和情绪相关刺激的记忆缺陷,以及陈述性记忆能力的增强。小鼠模型已证明海马体在ASD相关社交记忆功能障碍中的关键作用,同时伴有突触可塑性降低。硫酸软骨素蛋白聚糖(CSPGs)是细胞外基质分子家族,代表了神经发育、突触可塑性和免疫系统信号传导之间的潜在关键联系。目前缺乏关于ASD中海马体分子病理学的信息。我们对来自NIH NeuroBioBank的ASD男性儿童(n=7)和正常男性儿童(3-14岁)(n=6)的含有海马体的死后人脑样本进行了RNAseq分析。基因表达谱分析涉及细胞外基质组织、神经发育、突触调节和免疫系统信号传导相关的分子通路。使用qRT-PCR和Western blotting验证了确定的几个关键标记物。使用多重免疫荧光检测CSPG蛋白BCAN,以分析BCAN的细胞类型特异性表达和星形胶质细胞形态。我们观察到突触蛋白PSD95(p<0.02)和SYN1(p<0.02)表达降低,细胞外基质(ECM)蛋白酶MMP9(p<0.03)表达增加,以及MEF2C(p<0.03)表达降低。我们还观察到ASD儿童星形胶质细胞中BCAN表达增加,同时星形胶质细胞形态改变。我们的结果指出ASD儿童海马体中免疫系统信号传导、胶质细胞分化和突触信号传导的改变,以及细胞外基质分子的改变。此外,我们的结果证明了ASD遗传研究中涉及的基因(包括SYN1和MEF2C)的表达改变。

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
ASD儿童海马体的分子病理学特征是什么?
核心机制
细胞外基质组织、神经免疫信号和突触调控通路异常,以及CSPG蛋白BCAN在星形胶质细胞中的表达增加与胶质细胞成熟缺陷相关。
主要证据
RNAseq、qRT-PCR和Western blot显示MMP9、PSD95、SYN1、MEF2C表达改变;免疫荧光显示BCAN在GFAP+星形胶质细胞中表达增加且形态异常。
研究意义
首次揭示ASD儿童海马体的分子异常,提示ECM、神经免疫和突触调控通路可能是ASD的潜在治疗靶点。

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

RNAseq差异表达分析

鉴定ASD儿童海马体与对照之间的差异表达基因及相关通路

对7例ASD和6例对照儿童海马组织进行RNA测序,分析差异表达基因并进行通路富集分析

2

qRT-PCR验证

验证RNAseq结果中部分关键基因的表达变化

对28个差异表达基因进行qRT-PCR,并检测MMP9和IL1B的表达

3

Western blot蛋白验证

在蛋白水平验证MMP9、PSD95、SYN1、MEF2C等分子的表达变化

对脑组织蛋白进行Western blot,检测MMP9、IL1β、PSD95、SYN1、MEF2C和DGCR6

4

免疫荧光和Sholl分析

分析BCAN在星形胶质细胞中的表达及星形胶质细胞形态

对脑切片进行三重免疫荧光标记,检测BCAN、GFAP、IBA1等,并进行Sholl分析

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
TruSeq链式总RNA LT样品制备试剂盒Illumina--
NextSeq 500测序仪Illumina--
150循环高通量试剂盒Illumina--
PureLink RNA迷你试剂盒Invitrogen--
Trizol试剂Life Technologies--
QIAxcel先进系统Qiagen--
Qubit荧光计----
iScript高级cDNA合成试剂盒Invitrogen1725038
CFX 384实时PCR检测系统Bio-Rad--
iQ-SYBR Green预混液Bio-Rad1708880
RIPA裂解缓冲液----
蛋白酶抑制剂混合物Sigma-Aldrich--
Polytron匀浆器Brinkmann Instruments--
4-15% MP TGX无染凝胶Biorad--
LF PVDF膜Biorad--
快速转印试剂盒Biorad--
EveryBlot封闭缓冲液Biorad--
MMP9抗体MilliporeSigmaAB13458
PSD-95抗体Protein Tech20665-1-AP
SYN1抗体Protein Tech20258-1-AP
MEF2C抗体Abnova10056-1-AP
DGCR6抗体Protein TechH00008214-B01P
VCP抗体(小鼠)Santa Cruz Biotechnologysc-57492
VCP抗体(兔)Abcamab111740
Starbright blue 520荧光二抗Biorad--
Starbright blue 700荧光二抗Biorad--
ChemicDoc MP成像系统Biorad--
BCAN抗体Protein Tech19017-1-AP
生物素化紫藤凝集素Vector LabsB-1355
IBA1抗体(小鼠)Wako Chemicals013-27593
IBA1抗体(兔)Wako Chemicals019-19741
TPSAB1抗体Protein Tech66174-1-Ig
Alexa Fluor山羊抗小鼠647InvitrogenA-21235
驴抗兔555InvitrogenA-32794
TrueBlack溶液Biotum23007
Dako封片剂DakoS3023
Olympus BX 61荧光显微镜Olympus--
StereoInvestigator v11MBF Biosciences--
Neurolucida 360MBF Biosciences--
Leica CM 3050 S冷冻切片机Leica 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
样本收集
ASD和对照组的年龄、性别、RIN值、PMI、死因
阅读提示:表1
RNA-seq
RNA提取方法、文库制备、测序平台、差异表达阈值
阅读提示:Methods: RNAseq profiling
qRT-PCR
引物序列、内参基因、PCR循环条件
阅读提示:Methods: qRT-PCR
Western blot
抗体稀释度、蛋白上样量、一抗和二抗信息
阅读提示:Methods: Western blot analysis
免疫荧光
抗体浓度、孵育时间、封片剂、图像采集参数
阅读提示:Methods: Immunohistochemistry
Sholl分析
GFAP和BCAN共标细胞的采样区域、细胞数量
阅读提示:Methods: Sholl analysis
统计分析
协变量(年龄、PMI、RIN等)的处理、显著性阈值
阅读提示:Methods: Statistical analysis