高tau水平的路易体痴呆患者表现出独特的蛋白质组谱

Dementia with lewy bodies patients with high tau levels display unique proteome profiles

作者信息Sinead Greally, Mukesh Kumar, Christoph Schlaffner, Hanne van der Heijden, Elisabeth S Lawton, Deeptarup Biswas, Sabina Berretta, Hanno Steen, Judith A Steen
PMID39696638
发布时间2024-12-19
DOI10.1186/s13024-024-00782-0

实验完整度

高

包含人脑组织蛋白质组学(质谱)、免疫组化、多重免疫荧光和Western blot验证,涵盖多证据层级。

主要模型

DLB患者脑组织(皮质) 年龄匹配对照脑组织

重点核对

基于不溶性tau丰度进行k-means聚类,以Log2强度>24为阈值将DLB分为DLBTau+(n=9)和DLBTau−(n=21)。 sarkosyl分级分离方法:约150-160mg冷冻皮质组织,加入TBS裂解缓冲液,使用Precellys 24匀浆器(5500转/分,3次20秒,暂停30秒)。 质谱分析采用timsTOF Pro2,90分钟梯度,DDA模式,PASEF。 免疫组化使用AT8(1:400)和LB509(1:4000),定量使用HALO软件。 多重免疫荧光使用MJFR-14-6-4-2、D3D2N、E9Y4S抗体,成像使用CELL DIVE系统。

摘要

背景:临床研究长期观察到神经退行性疾病表现出一系列症状和病理特征,在某些情况下存在重叠,提示这些疾病存在于一个谱系中。路易体痴呆(DLB)是一种突触核蛋白病,是一个突出的例子,其与tau蛋白病——阿尔茨海默病在症状上具有相似性。尽管在DLB中观察到tau病理,但tau与α-突触核蛋白在分子水平上的相互作用尚不清楚。方法:使用定量质谱分析测量了病理确诊的DLB受试者(n=30)和年龄匹配的对照组(n=29)大脑皮层组织中不溶性部分的蛋白质丰度。根据tau丰度,我们将DLB受试者分为两个亚组,称为DLBTau+(较高丰度)和DLBTau−(较低丰度)。我们进行了蛋白质组学分析,以表征和比较tau升高的DLB受试者的皮层蛋白质组,以及tau和α-突触核蛋白的分子修饰,以探索这些患者中tau和α-突触核蛋白病理之间的动态关系。结果:蛋白质组学分析显示,与对照组相比,DLBTau+和DLBTau−受试者存在明显的整体蛋白质失调。值得注意的是,DLBTau+患者表现出tau、泛素和APOE水平升高,表明与tau升高相关的皮层蛋白质组改变。比较DLBTau+和DLBTau−组,我们观察到DLBTau−患者中细胞因子信号传导和代谢途径显著上调,而DLBTau+受试者中蛋白质泛素化过程和囊泡介导转运的调节增加。此外,我们检查了tau和α-突触核蛋白的翻译后修饰模式。我们的分析揭示了组间α-突触核蛋白上不同的磷酸化和泛素化位点。此外,我们观察到DLBTau+亚组中tau的修饰增加。结论:这一分子水平的数据支持神经退行性疾病作为一系列疾病的概念,与AD相比,DLBTau+和DLBTau−患者具有不同的PTM谱。这些发现进一步强调了识别针对神经退行性疾病谱系中所涉及的蛋白质病的特定和定制治疗方法的重要性。

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
本研究旨在探索额叶皮层中tau丰度升高的DLB患者与tau丰度正常的患者之间,其蛋白质组和tau/α-突触核蛋白翻译后修饰是否存在差异。
核心机制
DLBTau+患者表现出蛋白质泛素化过程的上调和独特tau修饰谱,与DLBTau−形成对比,且tau修饰谱不同于AD,提示tau升高代表DLB中的一种独特分子状态,而非典型AD病理。
主要证据
基于定量质谱对不溶性tau丰度的测量,DLBTau+患者(n=9)与DLBTau−(n=21)在皮层不溶性蛋白质组上存在数千种差异;DLBTau+中tau修饰位点数量增加(26个磷酸化位点、泛素化和乙酰化),而DLBTau−中仅发现3个磷酸化位点;免疫组化和多重IF验证了tau与α-突触核蛋白共定位。
研究意义
该研究强调了在涉及tau和α-突触核蛋白共病理的临床试验中,对患者进行分子分层的重要性,并可能为共病理患者提供个性化治疗策略。

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

尸体脑组织的sarkosyl分级分离

富集不溶性tau和α-突触核蛋白,以便进行蛋白质组学和修饰分析。

从DLB患者(n=30)和对照组(n=29)的冷冻额叶皮层组织中提取蛋白,通过sarkosyl分级分离获得不溶性部分。

2

质谱数据采集和蛋白定量

定量不溶性蛋白丰度,并确定DLB患者中tau水平的差异。

使用SP3方法消化蛋白,采用LC-MS/MS(timsTOF Pro2)分析不溶性部分,通过非标记定量获得蛋白丰度。

3

基于tau丰度的DLB患者分层

根据不溶性tau丰度将DLB患者分为高tau(DLBTau+)和低tau(DLBTau−)亚组。

对DLB患者的tau蛋白丰度进行k-means聚类分析,识别出9个高tau患者,并将DLB分为DLBTau+(n=9)和DLBTau−(n=21)。

4

验证tau病理和共定位

验证质谱分层结果,并检查tau和α-突触核蛋白是否共定位。

对DLBTau+和DLBTau−患者的大脑切片进行免疫组化(IHC)和多重免疫荧光(IF)染色,检测tau和α-突触核蛋白。

5

全局蛋白质组比较和通路富集分析

比较DLBTau+和DLBTau−患者与对照之间的差异蛋白质和通路。

对不溶性蛋白质组数据进行差异表达分析和GO生物学过程富集分析。

6

检测tau和α-突触核蛋白的PTM谱

分析tau和α-突触核蛋白的翻译后修饰,以区分DLB亚组。

使用MASCOT软件鉴定PTM位点,并比较DLBTau+和DLBTau−患者之间的修饰。

7

Western blot验证关键蛋白

验证蛋白质组学发现的关键蛋白。

对汇集的蛋白样本进行Western blot,检测APP、Clusterin、EGFR和Ubiquitin。

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
Precellys® 24组织匀浆器----
Pierce™ BCA蛋白测定试剂盒Thermo Scientific--
胰蛋白酶Promega--
timsTOF Pro2Bruker--
抗人PHF-Tau AT8抗体Thermo ScientificMN1020
纯化抗α-突触核蛋白LB509抗体Sigma MilliporeMABN824
Mach 4小鼠探针HRP二抗Biocare Medical--
Mach 4 HRP聚合物Biocare MedicalM4U534L
背景封闭液Biocare MedicalBP974
Peroxidized 1Biocare MedicalPX968
HALO™图像分析软件Indica Labs--
Alexa Fluor® 488抗α-突触核蛋白聚集体抗体Abcamab216124
Alexa Fluor® 647 β-淀粉样蛋白抗体Cell Signaling TechnologyD3D2N
Alexa Fluor® 750磷酸化tau (T217)抗体Cell Signaling TechnologyE9Y4S
CELL DIVE多重成像系统Leica Microsystems--
AIVIA软件Leica Microsystems--
Invitrogen™ NuPAGE™ LDS上样缓冲液(4X)Invitrogen--
Invitrogen™ NuPAGE™样品还原剂(10X)Invitrogen--
Invitrogen™ SeeBlue™ Plus2预染蛋白质标准品Invitrogen--
4-20% Mini-PROTEAN TGX预制胶Bio-Rad--
Bio-Rad Trans-Blot Turbo转印系统Bio-Rad--
APP/β-淀粉样蛋白抗体Cell Signaling Technology2450
Clusterin抗体Cell Signaling Technology42143
EGF受体抗体Cell Signaling Technology54359
泛素抗体Cell Signaling Technology3936
LI-COR Revert™ 700总蛋白染色剂LI-COR--
Bio-Rad ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad--

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
组织来源
脑组织样本来自哈佛脑组织资源中心(HBTRC),经NIH NeuroBioBank获取;DLB患者(n=30)和年龄匹配对照(n=29),需确认病理诊断标准。
阅读提示:Methods 中的 'Post-mortem human subjects and clinical data' 部分
sarkosyl分级分离
组织量(150-160 mg),裂解缓冲液配方,匀浆参数(5500转/分,3次20秒,暂停30秒),超速离心条件(50,000 rpm,4°C,1.5小时)。
阅读提示:Methods 中的 'Sarkosyl fractionation of post-mortem tissue' 部分
质谱分析
酶(测序级胰蛋白酶12.5 ng/µl),LC-MS/MS参数(90分钟梯度,DDA模式,PASEF),数据分析软件(Fragpipe/MSFragger)及参数。
阅读提示:Methods 中的 'Preparation of samples for mass spectrometry analysis' 和 'LC–MS/MS measurements' 部分
患者分层
基于不溶性tau的Log2强度进行k-means聚类,k=2,阈值Log2>24,将DLB分为DLBTau+(n=9)和DLBTau−(n=21)。
阅读提示:Results 中的 'Stratification of the DLB patient cohort using MS-measured tau abundance' 部分
免疫组化
抗体AT8(1:400)和LB509(1:4000),抗原修复(柠檬酸盐缓冲液),封闭(Background Punisher),检测系统(Mach 4),定量软件(HALO)。
阅读提示:Methods 中的 'Immunohistochemistry and analysis' 部分
多重免疫荧光
抗体:MJFR-14-6-4-2、D3D2N、E9Y4S(1:100),抗原修复(95°C 20分钟),封闭(5%正常山羊血清),成像系统(CELL DIVE),分析软件(AIVIA)。
阅读提示:Methods 中的 'Multiplex immunofluorescence and Imaging' 部分
蛋白质印迹
蛋白上样量(10 µg),抗体浓度(1:500),凝胶类型(4-20%),转印时间(7分钟),总蛋白染色(LI-COR Revert 700),成像系统(ChemiDoc MP)。
阅读提示:Methods 中的 'Western blot analysis' 部分