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《科學》:破解AD神經元死亡之謎!科學家創造了更好的AD動物模型,終能模擬Aβ導致的tau病理和神經元死亡
發布時間:[2023/9/20]     訪問人數:[86]
來源:代絲雨 

 

《科學》雜志發表了來自比利時科研團隊的新論文,研究者們開發了一種新的AD模式小鼠,將人類神經元移植到Aβ小鼠腦內,可自發表現出tau病理等AD典型病理和神經元丟失現象。

研究者發現,其中一種長非編碼RNA MEG3起了決定性作用。MEG3表達能夠誘導人類神經元程序性壞死(necroptosis),且這種作用是人類特有的,小鼠神經元Meg3并不會在Aβ病理背景下改變表達。

一方面,這項研究提出了人類神經元在AD中的獨特脆弱性;另一方面,也提供了針對程序性壞死途徑的AD新療法可能。

動物模型無法完全表征人類AD病理表現的問題由來已久,有兩種較好的思路來解決這個問題,一是基于不同類型的人類細胞進行三維培養,一是將人類神經元異種移植到小鼠體內。

本研究就對異種移植模型進行了改良,小鼠攜帶免疫缺陷突變Rag-/-以接受人類干細胞來源的神經祖細胞(NPC)移植;同時,小鼠還敲入了AppNL-G-F突變,這是三種不同的可導致家族性AD的App突變。

移植兩個月后,異種移植神經元已經能夠表現出成熟神經元特征和皮質標記物。在移植6個月后,移植人類神經元中出現了等量的3R tau和4R tau,而宿主本身的小鼠神經元則沒有tau病理。

移植18個月后,小鼠出現了完全的淀粉樣斑塊病理。在這個時間點,非Aβ病理對照小鼠腦內的人類神經元總體是健康的,而移植到Aβ小鼠中的人類神經元表現出了嚴重的小膠質細胞和星形膠質細胞增生性神經營養不良。

小膠質細胞(IBA1),星形膠質細胞(GFAP)

研究者使用抗磷酸化tau蛋白抗體進行了免疫組化分析,包括指向ptau Ser202和Thr205的AT8,指向ptau Ser396和Ser404的PHF1,指向病理構象tau表位的MC1。

從圖中可以看出,移植人類神經元中出現了大量的神經斑tau蛋白。在Aβ斑塊周圍20μm范圍內,2%(AT8)、5%(PHF1)、3%(MC1)被染色。這些病理在移植后6個月就出現了,說明在早期Aβ沉積就開始驅動tau磷酸化。

研究者還發現,小鼠中ptau181和ptau231的血漿水平增加,這也與人類AD患者的表現一致。

tau的免疫組化染色

通過定量PCR分析,Aβ小鼠中高達50%人類神經元死亡。

這些神經元是怎么死的?

研究者分離了小鼠2個月、6個月和18個月大時的移植神經元,提取RNA測序,人類相關平均讀數約1330萬。

測序結果可見移植人類神經元表現出了多種與AD真實病理對應的基因表達,此處不一一詳述。關于神經元死亡的原因,研究者并未觀察到與細胞凋亡或鐵死亡有關的基因表達變化,但程序性壞死執行蛋白MLKL表達上調。

在AD患者的顳回中,也檢測到了MLKL和另一種程序性壞死執行蛋白RIPK3表達的上調。

驅動神經元程序性壞死的到底是什么?研究者在移植人類神經元中發現了數十個表達改變的長非編碼RNA,其中上調幅度最顯著、超過10倍的MEG3引起了研究者的關注。

MEG3通過p53參與細胞死亡途徑。雖然此前從未有研究認為MEG3參與AD,但研究者在數據庫中發現,AD患者大腦也存在MEG3上調的現象。實際檢測了AD患者顳回RNA,MEG3上調約2-3倍。

體外實驗顯示,MEG3過表達可以誘導神經元程序性壞死,通過CRISPR敲除程序性壞死相關RIPK1、RIPK3和MLKL,或者使用程序性壞死抑制劑ponatinib、dabrafenib、necrosulfonamide可以逆轉。

過表達MEG3可檢測到程序性壞死標志物

研究者也嘗試給小鼠口服ponatinib(30mg/kg)或dabrafenib(50mg/kg)治療。ponatinib是是RIPK1和RIPK3抑制劑,已被FDA批準用于治療急性淋巴細胞白血病和慢性髓細胞白血病。dabrafenib是一種特異性更強的RIPK3抑制劑。

結果可見程序性壞死蛋白水平降低,dabrafenib組小鼠神經元死亡顯著減少。

小鼠腦內程序性壞死蛋白水平和神經元數量

不過,這個小鼠模型也有很明顯的缺陷,那就是免疫系統的缺席。我們知道,AD發展中,免疫的作用是不可忽視的,這使得該模型有了不可預計的偏差。

與此,《科學》同期配發的評論文章中也做出了后續改進的猜測。評論認為,這可以通過同步移植人類小膠質細胞,或者可以對小鼠的內源性神經元進行基因改造,使小鼠的Meg3也能夠響應Aβ病理。

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