中脑星形胶质细胞源性神经营养因子(MANF)表达增加导致阿尔茨海默病突触丢失

Increased expression of mesencephalic astrocyte-derived neurotrophic factor (MANF) contributes to synapse loss in Alzheimer's disease

作者信息Yiran Zhang, Xiusheng Chen, Laiqiang Chen, Mingting Shao, Wenzhen Zhu, Tingting Xing, Tingting Guo, Qingqing Jia, Huiming Yang, Peng Yin, Xiao-Xin Yan, Jiandong Yu, Shihua Li, Xiao-Jiang Li, Su Yang
PMID39425207
发布时间2024-10-18
DOI10.1186/s13024-024-00771-3

实验完整度

高

包含AD小鼠模型(5xFAD、APP/PS1)、MANF转基因和AAV介导的过表达/敲低、人类脑组织样本,并结合行为学、电生理、突触形态学、分子生物学和转录组学等功能与机制验证。

主要模型

5xFAD小鼠 APP/PS1小鼠 MANF转基因小鼠 AD患者脑组织样本

重点核对

5xFAD小鼠模型(6月龄和12月龄) MANF转基因小鼠(6月龄) AAV-MANF海马注射(6月龄WT和5xFAD小鼠,1个月后分析) AAV-Cas9/AAV-Manf-gRNA海马注射(9月龄5xFAD小鼠,3个月后分析)

摘要

背景:内质网(ER)应激的激活是阿尔茨海默病(AD)大脑的早期病理标志,但ER应激如何促进AD的发生和发展仍知之甚少。中脑星形胶质细胞源性神经营养因子(MANF)是一种非经典神经营养因子,也是一种ER应激诱导蛋白。既往研究报道,在症状前和症状期AD患者的脑中MANF均升高,但MANF蛋白早期升高的后果尚不清楚。方法:我们检测了AD小鼠模型不同病理阶段脑中MANF的表达。通过行为学、电生理和神经病理学分析,我们评估了在脑中过表达MANF的MANF转基因小鼠模型以及海马中过表达MANF的野生型(WT)小鼠的突触功能障碍水平。利用蛋白质组学和转录组学筛选,我们鉴定并验证了MANF对突触功能影响的分子机制。结果:我们发现MANF表达增加与AD小鼠海马突触丢失相关。通过转基因或病毒途径在小鼠中异位表达MANF会导致突触丢失和学习记忆缺陷。我们还发现MANF与ELAV样RNA结合蛋白2(ELAVL2)相互作用,并影响其与参与突触功能的RNA转录本的结合。在AD小鼠海马中增加或减少MANF表达分别加重或改善了行为缺陷和突触病理。结论:我们的研究确立了MANF作为AD中ER应激与突触丢失之间的机制联系,并提示MANF可能是AD治疗的一个靶点。

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
ER应激诱导的MANF表达增加在AD突触丢失和认知缺陷中的作用及其机制是什么?
核心机制
MANF通过与RNA结合蛋白ELAVL2相互作用,增强其与突触相关转录本的结合,影响这些转录本的稳定性,导致突触相关基因表达异常,最终引起突触丢失。
主要证据
在5xFAD小鼠海马中MANF表达与突触丢失相关;MANF转基因和AAV介导的过表达导致突触丢失和行为缺陷;RIP和RNA-seq显示ELAVL2结合转录本改变。
研究意义
该研究确立了MANF作为AD中ER应激与突触丢失之间的机制联系,并提示降低MANF表达可能是缓解AD突触病理的潜在治疗策略。

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

检测AD小鼠和患者脑中MANF表达

确定MANF表达是否与AD相关突触病理有关

通过Western blot和免疫组化检测5xFAD小鼠(6月龄和12月龄)海马和皮层中MANF、PSD95的表达,以及AD患者脑组织中MANF和突触蛋白表达。

2

评估MANF过表达对小鼠行为的影响

确定MANF过表达是否导致认知和情感缺陷

对6月龄MANF转基因小鼠和AAV-MANF注射的WT小鼠进行行为学测试,包括新物体识别、场景恐惧条件化、线索恐惧条件化、高架十字迷宫和旷场实验。

3

检测MANF过表达对突触形态和功能的影响

确定MANF过表达是否导致突触丢失和功能障碍

通过Western blot和免疫荧光检测突触蛋白表达,Golgi染色观察树突棘密度,全细胞膜片钳记录海马CA1区自发性EPSC。

4

鉴定MANF相互作用的蛋白

寻找MANF介导突触丢失的分子机制

通过共免疫沉淀和体外结合实验验证MANF与ELAVL2的相互作用,并确定MANF结合ELAVL2的RRM3结构域。

5

分析MANF对转录组和ELAVL2 RNA结合的影响

确定MANF过表达是否影响突触相关转录本的表达和稳定性

对6月龄MANF转基因小鼠和WT小鼠海马进行RNA-seq,分析差异表达基因;通过RIP实验检测ELAVL2结合RNA的变化,并用RT-qPCR验证。

6

验证MANF过表达对AD小鼠病理的影响

确定增加MANF表达是否加重AD小鼠的病理表现

将MANF转基因小鼠与5xFAD小鼠杂交,或向5xFAD小鼠海马注射AAV-MANF,检测突触蛋白、胶质细胞激活、Aβ沉积和行为变化。

7

验证敲低MANF对AD小鼠病理的影响

确定降低MANF表达是否改善AD小鼠的病理表现

向9月龄5xFAD小鼠海马注射AAV-Cas9和AAV-Manf-gRNA,敲低内源性MANF,检测突触蛋白、胶质细胞激活、Aβ沉积和行为变化。

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
RIPA裂解液----
蛋白酶抑制剂混合物Mei5bioMF182-plus-10
磷酸酶抑制剂SigmaS7920
磷酸酶抑制剂SigmaS6508
ECL Prime化学发光底物MilliporeWBKLS0500
Clinx ChemiScope 6300成像系统Clinx--
OCT包埋剂Sakura4583
Triton X-100SigmaX100
DAPI----
奥林巴斯FV3000共聚焦激光扫描显微镜Olympus--
小鼠和兔特异性HRP/DAB (ABC)检测免疫组化试剂盒Abcamab64264
Aβ42 ELISA试剂盒InvitrogenKHB3441
Multiclamp 700B放大器Molecular Devices--
尼康Eclipse FN-1显微镜Nikon--
FD快速高尔基染色试剂盒FD NeuroTechnologies--
RWD立体定位仪RWD69100
Hamilton微量注射器Hamilton--
TRIzol试剂Invitrogen--
PrimeScript RT试剂盒(含gDNA Eraser)TakaraRR047A
QuantiNova SYBR Green PCR试剂盒QIAGEN208052
CFX Connect实时荧光定量PCR系统Bio-Rad--
RiboCluster Profiler RIP检测试剂盒MBLRN1001
蛋白A磁珠Invitrogen88846
pET-28a载体----
pGEX-4T-1载体----
谷胱甘肽琼脂糖珠Sigma--
蛋白A琼脂糖Sigma--
BL21(DE3)感受态细胞----
抗MANF抗体LSBioB2688
抗MANF抗体Abcamab67271
抗APP抗体Biolegend803001
抗β淀粉样蛋白抗体Abcamab126649
抗NeuN抗体Abcamab177487
抗NeuN抗体MilliporeMAB377
抗β-微管蛋白抗体Proteintech10094-1-AP
抗PSD95抗体Abcamab238135
抗PSD95抗体GeneTexGTX133091
抗突触素抗体Santa Cruz Biotechnologysc-12737
抗HA标签抗体Abcamab9110
抗GFAP抗体SigmaG3893
抗GFAP抗体Abcamab7260
抗IBA1抗体Abcamab178846
抗GRP78抗体Zen-bioscience200310-4F11
抗GST标签抗体InvitrogenMA4-004
抗His标签抗体Cell signaling9715
抗组蛋白H3抗体Cell signaling2365
抗Vinculin抗体MilliporeMAB3574
抗Cas9抗体SigmaMAC133
抗GFP抗体EmarbioEM33012
抗ELAVL2抗体Proteintech14008-1-AP
抗ELAVL2抗体Proteintech67097-1-Ig
抗GRIA1抗体Proteintech67642-1-Ig
抗GRIN2A抗体Proteintech28525-1-AP

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
检测AD小鼠和患者脑中MANF表达
5xFAD小鼠月龄(6月龄和12月龄);AD患者样本量(3例AD,3例对照)及病理分期(Braak NFT阶段和Thal Aβ阶段)
阅读提示:Methods: Human brain samples, Animals; Figure legends Fig.1
行为学测试
小鼠月龄(6月龄);测试类型(新物体识别、恐惧条件化等);具体参数(如电击强度0.5mA、声音85dB等)
阅读提示:Methods: Mouse behavioral tests; Figure legends Fig.2
电生理记录
记录脑区(海马CA1);记录模式(全细胞膜片钳);保持电位(-70 mV);灌流液成分
阅读提示:Methods: Electrophysiology; Figure legends Fig.2
病毒注射
病毒血清型(AAV9);注射剂量(1×10^13 vg/ml,双侧各1μl);注射坐标(前囟后-2.5mm,中线旁±2.0mm,背腹-2.0mm);注射后时间点(1个月或3个月)
阅读提示:Methods: Virus packaging and stereotaxic injection
RNA测序
测序平台;差异表达阈值(P值<0.05,|log2FC|>0.5);分析软件(Salmon, edgeR等)
阅读提示:Methods: RNA sequencing