CD2AP缺陷通过p38 MAPK激活加重阿尔茨海默病表型和病理

CD2AP deficiency aggravates Alzheimer's disease phenotypes and pathology through p38 MAPK activation

作者信息Yan-Yan Xue, Zhe-Sheng Zhang, Rong-Rong Lin, Hui-Fen Huang, Ke-Qing Zhu, Dian-Fu Chen, Zhi-Ying Wu, Qing-Qing Tao
PMID39696695
发布时间2024-12-19
DOI10.1186/s40035-024-00454-5

实验完整度

包含神经元特异性敲除小鼠模型、APP/PS1转基因小鼠、细胞系体外实验及p38抑制剂回补验证,涉及行为学、电生理、病理和机制等多层级验证。

主要模型

APP/PS1转基因小鼠 神经元特异性Cd2ap敲除(CKO)小鼠 CKO×APP/PS1小鼠 CD2AP敲低SH-SY5Y细胞系

重点核对

神经元特异性Cd2ap敲除小鼠的构建与验证(Cre-loxP系统) p38 MAPK信号通路活性(磷酸化水平) tau蛋白磷酸化水平(AT8、p-tau396) 突触蛋白表达(synaptophysin、PSD95)长时程增强(LTP) p38抑制剂SB203580处理(剂量、时间)

摘要

背景:阿尔茨海默病(AD)是最常见的神经退行性疾病,以认知能力下降为特征。全基因组关联和临床病理研究表明CD2相关蛋白(CD2AP)基因是AD最重要的遗传风险因素之一。然而,CD2AP与AD发病机制相关的确切机制仍不清楚。方法:确定了CD2AP的时空表达模式。然后,我们通过免疫印迹、免疫荧光、酶联免疫吸附测定、电生理和行为测试,生成并表征了具有神经元特异性Cd2ap缺失的APP/PS1小鼠模型。此外,我们建立了稳定的CD2AP敲低SH-SY5Y细胞系,以进一步阐明CD2AP导致AD发病的具体分子机制。最后,用靶向上述通路的抑制剂处理具有神经元特异性Cd2ap缺失的APP/PS1小鼠,以进一步验证我们的发现。结果:CD2AP在小鼠大脑的多个区域广泛表达,主要在神经元和血管内皮细胞中表达。在APP/PS1小鼠中,神经元敲除Cd2ap显著加重了tau病理、突触损伤和认知缺陷。机制上,敲除Cd2ap激活了p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路,这有助于增加tau磷酸化、突触损伤、神经元凋亡和认知障碍。此外,p38 MAPK抑制剂改善了神经元Cd2ap敲除的表型。结论:我们的研究提供了第一个体内证据,表明CD2AP缺陷通过p38 MAPK通路加剧AD的表型和病理,将CD2AP/p38 MAPK确定为AD的有前景的治疗靶点。

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
CD2AP缺陷如何影响阿尔茨海默病的表型和病理,其分子机制是什么?
核心机制
CD2AP缺陷激活p38 MAPK信号通路,导致tau过度磷酸化、突触损伤、神经元凋亡和认知障碍。
主要证据
在APP/PS1小鼠中神经元特异性敲除Cd2ap导致tau过度磷酸化、突触蛋白减少和认知缺陷,且p38 MAPK抑制剂SB203580可改善这些表型。
研究意义
首次提供体内证据表明CD2AP缺陷通过p38 MAPK通路加剧AD病理,靶向CD2AP/p38 MAPK有望成为AD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

CD2AP表达模式分析

确定CD2AP在小鼠脑内的时空表达模式,为后续功能研究提供基础。

通过免疫印迹检测不同脑区和不同发育阶段CD2AP蛋白水平,免疫荧光结合细胞标记物(NeuN、CD31、GFAP、IBA1)确定细胞类型定位。

2

神经元特异性Cd2ap敲除小鼠的生成与验证

构建神经元特异性Cd2ap敲除小鼠,用于研究CD2AP在AD中的作用,避免全身敲除导致的肾衰竭早亡。

将Cd2apfl/fl小鼠与Syn1-iCre小鼠杂交,PCR验证基因型,免疫印迹和RT-PCR确认脑内CD2AP表达降低。

3

CKO小鼠行为学评估

评估神经元Cd2ap敲除对小鼠认知功能的影响。

对12和15月龄CKO小鼠进行旷场、高架十字迷宫、新物体识别、Morris水迷宫和条件恐惧等行为测试。

4

CKO×APP/PS1小鼠的生成和行为学评估

研究神经元Cd2ap敲除对AD模型小鼠认知功能的影响。

将CKO小鼠与APP/PS1转基因小鼠杂交,对4月龄小鼠进行旷场、Y迷宫和条件恐惧测试。

5

病理学分析

检测Cd2ap敲除对Aβ和tau病理、突触蛋白和凋亡的影响。

通过ELISA检测Aβ40/42,免疫印迹检测tau磷酸化、突触蛋白、凋亡相关蛋白,免疫荧光检测Aβ沉积和突触蛋白,TUNEL和流式细胞术检测凋亡。

6

电生理记录

评估神经元Cd2ap敲除对海马突触可塑性和基础突触传递的影响。

制备海马脑片,记录Schaffer侧支到CA1的fEPSP,测量输入输出曲线和LTP。

7

体外细胞模型验证

在细胞水平验证CD2AP敲低对p38 MAPK通路和凋亡的影响。

通过慢病毒感染构建稳定CD2AP敲低的SH-SY5Y细胞系,转染APPSwe质粒,检测p38、CC3、caspase-3活性、凋亡。

8

p38 MAPK抑制剂干预

验证p38 MAPK通路在CD2AP缺陷导致AD表型中的因果作用。

给CKO×APP/PS1小鼠腹腔注射SB203580(p38抑制剂)或对照,检测行为学、tau磷酸化、突触蛋白和凋亡。

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/fl小鼠Biocytogen--
Syn1-iCre小鼠Beijing Biocytogen Co., LtdB-CM-005
SB203580Selleck Chemicals--
抗CD2AP抗体Sigma-AldrichHPA003326
抗CD31抗体R&D SystemsAF3628
抗NeuN抗体SigmaMAB377
抗NeuN抗体Abcamab104224
抗GFAP抗体MilliporeMAB360
抗IBA1抗体Abcamab5076
抗β-淀粉样蛋白抗体BioLegend803001
抗Aβ42抗体Sigma-AldrichAB5078P
抗淀粉样纤维OC抗体Sigma-AldrichAB2286
抗β-淀粉样蛋白17-24抗体(克隆4G8)Biolegend800701
抗突触素抗体Sigma-AldrichS5768
DMEM培养基----
胎牛血清Gibco--
Lipofectamine 3000试剂Invitrogen--
CD2AP敲减慢病毒颗粒Neuron Biotech--
遗传霉素BeyotimeST081
TRIzol试剂----
PrimeScript RT预混液TaKaRaRR036A
TB Green预混液TaKaRaRR420A
RIPA裂解液----
蛋白酶抑制剂混合物Roche--
BCA蛋白定量试剂盒TaKaRa--
PVDF膜Millipore--
抗磷酸化p38 MAPK抗体Cell Signaling Technology4511S
抗p38 MAPK抗体Cell Signaling Technology8690S
抗磷酸化tau396抗体Invitrogen44-752G
抗AT8抗体InvitrogenMN1020
抗Tau5抗体InvitrogenAHB0042
抗突触素抗体Sigma-AldrichS5768
抗caspase-3抗体Proteintech66470-2-Ig
抗裂解caspase-3抗体Cell Signaling Technology9664S
抗APP抗体Abcamab32136
抗CDK5抗体AbclonalA5730
抗p35/p25抗体Cell Signaling Technology2680S
抗GSK3β抗体AbclonalA11731
抗磷酸化GSK3β-S9抗体AbclonalAP0039
抗GAPDH抗体AbclonalAC035
抗β-肌动蛋白抗体AbclonalAC043
人β淀粉样蛋白40 ELISA试剂盒InvitrogenKHB3481
超敏人β淀粉样蛋白42 ELISA试剂盒InvitrogenKHB3544
小鼠β淀粉样蛋白42 ELISA试剂盒InvitrogenKMB3441
小鼠β淀粉样蛋白40 ELISA试剂盒InvitrogenKMB3481
Caspase-3活性检测试剂盒BeyotimeC1116
Annexin V-eFluor 450凋亡检测试剂盒Invitrogen88-8006-74
CytoFLEX LX流式细胞仪Beckman Coulter Life Sciences--
TUNEL检测试剂盒BeyotimeC1089
DAPIBeyotimeC1002
异氟烷----
抗淬灭液体封片剂----

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
动物模型构建
Cd2apfl/fl小鼠和Syn1-iCre小鼠的遗传背景及杂交方案;基因型鉴定方法
阅读提示:Methods: Generation of global Cd2ap knockout mice and neuronal Cd2ap knockout mice
行为学测试
小鼠年龄、性别、样本量;测试环境(光照、声音);各测试的具体参数(如旷场时间、水迷宫训练天数、恐惧条件反射的刺激强度)
阅读提示:Methods: Behavioral analyses; Figure legends 2, 3
病理分析
取材方法(灌注固定、切片厚度)、抗体稀释比例、ELISA试剂盒型号
阅读提示:Methods: Immunofluorescence, ELISA, Gallyas silver staining
电生理记录
脑片制备条件(解剖液成分、恢复时间)、记录电极位置、刺激参数、LTP诱导方案
阅读提示:Methods: Electrophysiology
细胞实验
SH-SY5Y细胞系来源及培养条件;慢病毒感染和筛选浓度;APPSwe质粒来源及转染方法;检测时间点
阅读提示:Methods: Cell culture and plasmid transfection, Lentiviral infection
p38抑制剂处理
SB203580的剂量(0.5mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、溶剂(2% DMSO, 30% PEG400, 5% Tween 80)、给药时间(3.5月龄开始,每日一次,持续两周)
阅读提示:Methods: Drug administration; Results: Inhibition of p38 MAPK rescues learning deficits...