小胶质细胞CD2AP缺陷在淀粉样变性的阿尔茨海默病模型中发挥保护作用

Microglial CD2AP deficiency exerts protection in an Alzheimer's disease model of amyloidosis

作者信息Lingliang Zhang, Lingling Huang, Yuhang Zhou, Jian Meng, Liang Zhang, Yunqiang Zhou, Naizhen Zheng, Tiantian Guo, Shanshan Zhao, Zijie Wang, Yuanhui Huo, Yingjun Zhao, Xiao-Fen Chen, Honghua Zheng, David M Holtzman, Yun-Wu Zhang
PMID39695808
发布时间2024-12-18
DOI10.1186/s13024-024-00789-7

实验完整度

包含体外原代细胞实验、体内5xFAD动物模型、行为学、电生理、RNA-seq等多层级验证,并明确功能验证(CD2AP敲低改善认知)和机制验证(CD2AP与CSF1R互作)。

主要模型

5xFAD小鼠模型(淀粉样变性AD模型) 原代小胶质细胞(来自Cd2apfl/+和Cd2apfl/+;Cx3cr1-cre小鼠) HEK293T细胞(用于相互作用验证)

重点核对

小胶质细胞特异性CD2AP单倍剂量不足:通过Cx3cr1-cre介导的杂合敲除(Cd2apfl/+;Cx3cr1-cre) 行为学测试:7月龄小鼠依次进行Y迷宫、T迷宫、Morris水迷宫、新物体识别,需盲法 电生理LTP记录:海马CA3-CA1通路,7月龄小鼠脑片(400μm) RNA-seq:7月龄雄性小鼠海马,差异基因筛选标准log2FC>0.3且P<0.05 Aβ42 ELISA:7月龄5xFAD小鼠海马,TBS、TBSX、GuHCl可溶组分

摘要

背景:CD2相关蛋白(CD2AP)最初在外周免疫细胞中被发现,调节细胞骨架和蛋白质运输。CD2AP基因的单核苷酸多态性(SNPs)与阿尔茨海默病(AD)相关。然而,CD2AP的功能作用,尤其是其在AD发病过程中在小胶质细胞中的作用,仍不清楚。方法:研究了培养的原代细胞和5xFAD小鼠中CD2AP蛋白水平。将小胶质细胞CD2AP缺陷小鼠与5xFAD小鼠杂交,对后代进行神经病理学评估、行为测试、电生理、RNA-seq、高尔基染色和生化分析。还分离了原代小胶质细胞以评估其摄取和形态变化。结果:我们发现CD2AP在小胶质细胞中高表达,并且在AD患者大脑和5xFAD模型小鼠的病理阶段其水平升高。我们证明,小胶质细胞中CD2AP单倍剂量不足显著减轻了5xFAD小鼠的认知和突触缺陷,减弱了小胶质细胞对Aβ的反应和疾病相关小胶质细胞(DAM)的形成,并减轻了突触丢失。我们发现CD2AP缺陷的小胶质细胞表现出受损的摄取能力。此外,我们发现CD2AP表达与补体C1q的表达正相关,C1q对突触吞噬和响应Aβ沉积的DAM形成很重要。此外,我们揭示CD2AP与集落刺激因子1受体(CSF1R)相互作用并调节CSF1R细胞表面水平,这可能进一步影响C1q表达。结论:我们的结果表明CD2AP调节小胶质细胞增生,并确定了小胶质细胞CD2AP缺陷对Aβ沉积的保护功能,提示在不同脑细胞中详细研究AD相关基因对于全面理解其在AD中的确切贡献的重要性。

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
CD2AP在AD发病中,特别是在小胶质细胞中的功能作用是什么?
核心机制
CD2AP通过与小胶质细胞CSF1R相互作用并调节其细胞表面水平,影响CSF1R信号传导,进而调节C1q表达,介导小胶质细胞对Aβ的反应和突触吞噬。
主要证据
在5xFAD小鼠中,小胶质细胞CD2AP单倍剂量不足减轻认知和突触缺陷,减少DAM形成和突触丢失;原代小胶质细胞显示CD2AP缺陷降低Aβ摄取、形态改变及CSF1R表面水平降低。
研究意义
研究揭示了CD2AP在调节小胶质细胞功能中的新作用,提示详细研究不同脑细胞中AD相关基因对理解其确切贡献的重要性,并为AD干预提供潜在靶点(但需进一步研究)。

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

模型构建与验证

建立小胶质细胞特异性CD2AP单倍剂量不足小鼠,并验证敲除效率。

利用CRISPR/Cas9构建Cd2apfl/+小鼠,与Cx3cr1-cre小鼠杂交获得小胶质细胞特异性杂合敲除小鼠,再与5xFAD小鼠杂交获得实验组;通过Western blot验证原代小胶质细胞中CD2AP表达降低约50%。

2

行为学测试与电生理记录

评估小胶质细胞CD2AP单倍剂量不足对5xFAD小鼠认知功能和突触可塑性的影响。

对7月龄小鼠依次进行Y迷宫、T迷宫、Morris水迷宫和新物体识别测试;记录海马CA3-CA1通路LTP。

3

小胶质细胞激活与DAM分析

检测小胶质细胞CD2AP单倍剂量不足对5xFAD小鼠小胶质细胞激活和DAM形成的影响。

通过RNA-seq和qRT-PCR分析海马组织中炎症和DAM相关基因表达;免疫荧光共染Iba1和Dectin1评估DAM细胞数量。

4

Aβ病理评估

评估小胶质细胞CD2AP单倍剂量不足对Aβ斑块和Aβ42水平的影响。

使用Thioflavin S和6E10抗体染色分析Aβ斑块面积和大小;ELISA检测海马TBS、TBSX和GuHCl可溶性Aβ42水平。

5

小胶质细胞功能检测

检测CD2AP缺陷小胶质细胞的摄取能力和形态变化。

分离原代小胶质细胞,与TAMRA-oAβ、pHrodo标记的突触体或E. coli生物颗粒共孵育,通过流式或免疫荧光检测摄取量;用鬼笔环肽染色观察细胞骨架形态。

6

机制研究:CD2AP与CSF1R相互作用

验证CD2AP与CSF1R的相互作用,并探究其对CSF1R功能和信号的影响。

通过双分子荧光互补(BiFC)和免疫共沉淀验证CD2AP与CSF1R的互作;检测CD2AP缺陷小胶质细胞中CSF1R表面水平以及CSF1刺激后的增殖和形态变化。

7

C1q表达分析

评估CD2AP单倍剂量不足对C1q表达的影响,并分析CD2AP与C1q的相关性。

通过qRT-PCR检测C1qa、C1qb、C1qc的mRNA水平;Western blot检测C1q蛋白水平;利用已发表蛋白质组数据做相关性分析。

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
Cd2apfl/+小鼠Cyagen Biosciences--
Cx3cr1-cre小鼠Cyagen BiosciencesC001032
5xFAD小鼠Jackson Lab034848-JAX
培西达替尼 (PLX3397)SelleckS7818
抗APP抗体Milliporemab348
抗CD2AP抗体Proteintech51046-1-AP
抗GAPDH抗体Abwayab0038
抗NeuN抗体Abcamab177487
抗GFAP抗体Cell Signaling Technology3670S
抗Iba1抗体Wako016-20001
抗β-肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology8457S
抗CX3CR1抗体Abclonala2890
抗CSF1R抗体Abcamab254357
抗CD11b抗体Biolegend101202
抗磷酸化ERK抗体Cell Signaling Technology4370
抗C1q抗体Hycult BiotechHM1096BT
抗MYC抗体Cell Signaling Technology2276S
抗HA抗体Proteintech51064-2-AP
抗ERK抗体Cell Signaling Technology4695
DMEM培养基----
胎牛血清----
集落刺激因子1R&D Systems415-ML
TRIzol试剂Yeasen10606ES60
硫黄素SSigmaT1892-25G
抗Iba1抗体Wako019-19741
抗mDectin1抗体Invivogenmabg-mdect
抗Aβ抗体 (6E10)Biolegend803014
抗CD68抗体Biolegend137001
抗LAMP1抗体Abcamab24170
抗突触素1抗体Proteintech20258-1-AP
抗PSD95抗体MilliporeMABN1194
抗Ki-67抗体Abcamab16667
Alexa Fluor 488山羊抗兔IgGThermo Fisher ScientificA-11008
Alexa Fluor 488山羊抗小鼠IgGThermo Fisher ScientificA-11001
Alexa Fluor 594山羊抗兔IgGThermo Fisher ScientificA-11012
Alexa Fluor 594山羊抗小鼠IgGThermo Fisher ScientificA-11005
Alexa Fluor 647驴抗大鼠IgGAbcamAb150155
鬼笔环肽Beyotime BiotechnologyC2201S
Aβ42 ELISA试剂盒Thermo Fisher ScientificKHB3441
TAMRA标记的Aβ42AnaspecAS-60476
FD快速高尔基染色试剂盒FD Neuro TechnologiesPK401
pHrodo红色染料Thermo Fisher ScientificP36600
pHrodo绿色大肠杆菌生物颗粒Thermo Fisher ScientificP35366
Protein A/G磁珠Yeasen36417ES08
TurboFect转染试剂Thermo Fisher ScientificR0534
蛋白酶抑制剂MedChemExpressHY-K0010

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
小鼠模型
小胶质细胞特异性CD2AP单倍剂量不足:Cd2apfl/+;Cx3cr1-cre;5xFAD背景;基因分型引物序列
阅读提示:Methods: Animals
行为学测试
小鼠年龄(7月龄);测试顺序(Y迷宫、T迷宫、Morris水迷宫、新物体识别);是否盲法
阅读提示:Methods: Behavioral analysis
电生理记录
脑片厚度(400μm);记录通路(CA3-CA1);刺激方案(HFS);小鼠年龄(7月龄)
阅读提示:Methods: Electrophysiology
RNA-seq
组织(海马);小鼠性别(雄性);年龄(7月龄);差异基因筛选标准(log2FC>0.3,P<0.05)
阅读提示:Methods: RNA-seq and data analysis
Aβ斑块分析
染色方法(Thioflavin S、6E10);分析指标(面积、大小、致密度);小鼠年龄(7月龄)
阅读提示:Methods: Thioflavin S staining, Immunofluorescence staining, Aβ plaque analysis
小胶质细胞功能
原代小胶质细胞来源(新生鼠);处理(TAMRA-oAβ、pHrodo标记的突触体或E. coli);孵育时间(1h);抑制剂(MG132、chloroquine)预孵育时间
阅读提示:Methods: Uptake assay
CSF1R相互作用
细胞系(HEK293T);质粒(VC-CSF1R、VN-CD2AP、CSF1R-HA、CD2AP-MYC);转染试剂(TurboFect);检测方法(BiFC、Co-IP)
阅读提示:Methods: BiFC assay, Co-immunoprecipitation