摘要：科學(xué)家們創(chuàng)建了一個(gè)模型來研究RNA剪接缺陷在阿爾茨海默病中的作用，揭示了神經(jīng)元過度興奮引起的退化和毒性。
幾十年來，研究人員一直對(duì)神經(jīng)退行性疾病阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease)感到困惑，但阻止或逆轉(zhuǎn)該疾病對(duì)大腦影響的治療方法仍然難以找到。圣裘德兒童研究醫(yī)院(St. Jude Children’s Research Hospital)的科學(xué)家們最近為這一難題增添了重要的一環(huán)，他們創(chuàng)造了一種比以往模型更接近人類疾病的小鼠模型。研究結(jié)果發(fā)表在今天的《Nature Aging》雜志上。
圖1 科學(xué)家們創(chuàng)建了一個(gè)模型來研究RNA剪接缺陷在阿爾茨海默病中的作用（圖源：[1]）
研究人員使用他們的新模型來發(fā)現(xiàn)RNA剪接缺陷是如何導(dǎo)致阿爾茨海默病的神經(jīng)退行性變的。RNA剪接是一種去除非編碼基因序列并將蛋白質(zhì)編碼序列連接在一起的過程。
“RNA剪接是轉(zhuǎn)錄和翻譯之間的重要步驟，”通訊作者Junmin Peng博士說。“這在大腦中尤為重要，因?yàn)槲覀冎来竽X的細(xì)胞多樣性比身體其他任何器官都要多，而剪接被認(rèn)為是產(chǎn)生蛋白質(zhì)多樣性的重要過程?！?/div>
圖2 對(duì)AD小鼠中不溶蛋白質(zhì)進(jìn)行串聯(lián)質(zhì)譜標(biāo)記（TMT）圖像分析和定量免疫印跡分析
Peng和其他人之前的工作揭示了RNA剪接機(jī)制的一個(gè)特殊成分，稱為U1小核核糖核蛋白(snRNP)，在阿爾茨海默癥患者的大腦中產(chǎn)生聚集物。U1 snRNP復(fù)合體在RNA剪接中是必不可少的。
圖2 對(duì)AD小鼠中不溶蛋白質(zhì)進(jìn)行串聯(lián)質(zhì)譜標(biāo)記（TMT）圖像分析和定量免疫印跡分析
現(xiàn)在，Peng和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明了U1 snRNP的功能障礙有助于神經(jīng)退行性變，為阿爾茨海默癥的治療開辟了新的研究途徑。研究發(fā)現(xiàn)，由于U1 snRNP病理導(dǎo)致的RNA剪接功能障礙有助于導(dǎo)致神經(jīng)退行性變。
Peng說:“我們之前的工作表明，U1 snRNP是大腦中形成纏結(jié)狀結(jié)構(gòu)的一種聚集體，但這只是描述性的，直到現(xiàn)在我們才了解這種病理與疾病表型之間的聯(lián)系機(jī)制?！?/div>
圖3 具N40K表達(dá)和U1-70K下調(diào)的N40K Tg系小鼠的多代傳代
圖1 科學(xué)家們創(chuàng)建了一個(gè)模型來研究RNA剪接缺陷在阿爾茨海默病中的作用（圖源：[1]）
獨(dú)特的模型將RNA剪接缺陷與神經(jīng)元超興奮性聯(lián)系起來
研究人員創(chuàng)建了一種名為N40K-Tg的RNA拼接缺陷小鼠模型。當(dāng)科學(xué)家們解除對(duì)剪接機(jī)制的控制時(shí)，他們觀察到了基本的神經(jīng)退行性變，但他們想了解為什么會(huì)這樣。
圖3 具N40K表達(dá)和U1-70K下調(diào)的N40K Tg系小鼠的多代傳代
Peng說:“拼接機(jī)械是如此重要，在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)建一個(gè)模型來研究它是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)。我們能夠創(chuàng)建一個(gè)只發(fā)生在神經(jīng)元中的拼接功能障礙模型。這個(gè)模型證明了剪接功能障礙會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元毒性和認(rèn)知障礙?！?/div>
圖4 N40K-Tg小鼠表現(xiàn)出腦重量減輕和腦容量減少，但運(yùn)動(dòng)能力正常
圖5 N40K-Tg小鼠突觸通路剪接缺陷轉(zhuǎn)錄的驗(yàn)證
抑制神經(jīng)元活動(dòng)可以防止大腦過度興奮。如果抑制神經(jīng)元的活性被抑制，神經(jīng)元會(huì)變得更加活躍，但它會(huì)引起毒性。研究人員發(fā)現(xiàn)，新小鼠模型中的突觸蛋白受到了顯著影響，特別是與抑制神經(jīng)元活動(dòng)有關(guān)的蛋白質(zhì)。
圖4 N40K-Tg小鼠表現(xiàn)出腦重量減輕和腦容量減少，但運(yùn)動(dòng)能力正常
“興奮性毒性非常重要，因?yàn)樵诎柎暮Ｄ☆I(lǐng)域已經(jīng)知道了，”Peng說。“甚至在20-30年前，人們就認(rèn)識(shí)到神經(jīng)元變得超級(jí)興奮，現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)，剪接機(jī)制可能是導(dǎo)致阿爾茨海默癥患者興奮性毒性的原因。”
RNA剪接缺陷和β-淀粉樣蛋白聚集結(jié)合
阿爾茨海默病的一個(gè)標(biāo)志是大腦中β-淀粉樣蛋白和tau蛋白的聚集。Peng之前的工作揭示了U1 snRNP在大腦中也會(huì)形成聚集物，但科學(xué)家們無法研究U1 snRNP功能在疾病中的作用，直到他們開發(fā)了一個(gè)干擾U1 snRNP功能導(dǎo)致RNA拼接缺陷的模型。
圖5 N40K-Tg小鼠突觸通路剪接缺陷轉(zhuǎn)錄的驗(yàn)證
為了了解RNA剪接缺陷在β-淀粉樣蛋白聚集情況下的行為，研究人員將他們的小鼠模型與β-淀粉樣蛋白模型交叉。這兩種類型的毒性攻擊一起重塑了大腦的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組，解除了對(duì)突觸蛋白質(zhì)的調(diào)控，加速了認(rèn)知能力的下降。
Peng說:“從最初的行為到細(xì)胞生物學(xué)，再到現(xiàn)在的分子機(jī)制，我們已經(jīng)描述了RNA剪接機(jī)制對(duì)阿爾茨海默病神經(jīng)元興奮性毒性的潛在貢獻(xiàn)?！边@個(gè)交叉小鼠模型比早期的模型更接近人類的阿爾茨海默癥，可能對(duì)未來的疾病研究有用。
參考資料：
[1] Alzheimer's disease-associated U1 snRNP splicing dysfunction causes neuronal hyperexcitability and cognitive impairment. Nature Aging, 2022; DOI: 10.1038/s43587-022-00290-0
摘要：科學(xué)家們創(chuàng)建了一個(gè)模型來研究RNA剪接缺陷在阿爾茨海默病中的作用，揭示了神經(jīng)元過度興奮引起的退化和毒性。
幾十年來，研究人員一直對(duì)神經(jīng)退行性疾病阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease)感到困惑，但阻止或逆轉(zhuǎn)該疾病對(duì)大腦影響的治療方法仍然難以找到。圣裘德兒童研究醫(yī)院(St. Jude Children’s Research Hospital)的科學(xué)家們最近為這一難題增添了重要的一環(huán)，他們創(chuàng)造了一種比以往模型更接近人類疾病的小鼠模型。研究結(jié)果發(fā)表在今天的《Nature Aging》雜志上。
圖1 科學(xué)家們創(chuàng)建了一個(gè)模型來研究RNA剪接缺陷在阿爾茨海默病中的作用（圖源：[1]）
研究人員使用他們的新模型來發(fā)現(xiàn)RNA剪接缺陷是如何導(dǎo)致阿爾茨海默病的神經(jīng)退行性變的。RNA剪接是一種去除非編碼基因序列并將蛋白質(zhì)編碼序列連接在一起的過程。
“RNA剪接是轉(zhuǎn)錄和翻譯之間的重要步驟，”通訊作者Junmin Peng博士說?！斑@在大腦中尤為重要，因?yàn)槲覀冎来竽X的細(xì)胞多樣性比身體其他任何器官都要多，而剪接被認(rèn)為是產(chǎn)生蛋白質(zhì)多樣性的重要過程?！?/div>
圖2 對(duì)AD小鼠中不溶蛋白質(zhì)進(jìn)行串聯(lián)質(zhì)譜標(biāo)記（TMT）圖像分析和定量免疫印跡分析
Peng和其他人之前的工作揭示了RNA剪接機(jī)制的一個(gè)特殊成分，稱為U1小核核糖核蛋白(snRNP)，在阿爾茨海默癥患者的大腦中產(chǎn)生聚集物。U1 snRNP復(fù)合體在RNA剪接中是必不可少的。
圖2 對(duì)AD小鼠中不溶蛋白質(zhì)進(jìn)行串聯(lián)質(zhì)譜標(biāo)記（TMT）圖像分析和定量免疫印跡分析
現(xiàn)在，Peng和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明了U1 snRNP的功能障礙有助于神經(jīng)退行性變，為阿爾茨海默癥的治療開辟了新的研究途徑。研究發(fā)現(xiàn)，由于U1 snRNP病理導(dǎo)致的RNA剪接功能障礙有助于導(dǎo)致神經(jīng)退行性變。
Peng說:“我們之前的工作表明，U1 snRNP是大腦中形成纏結(jié)狀結(jié)構(gòu)的一種聚集體，但這只是描述性的，直到現(xiàn)在我們才了解這種病理與疾病表型之間的聯(lián)系機(jī)制?！?/div>
圖3 具N40K表達(dá)和U1-70K下調(diào)的N40K Tg系小鼠的多代傳代
獨(dú)特的模型將RNA剪接缺陷與神經(jīng)元超興奮性聯(lián)系起來
研究人員創(chuàng)建了一種名為N40K-Tg的RNA拼接缺陷小鼠模型。當(dāng)科學(xué)家們解除對(duì)剪接機(jī)制的控制時(shí)，他們觀察到了基本的神經(jīng)退行性變，但他們想了解為什么會(huì)這樣。
圖3 具N40K表達(dá)和U1-70K下調(diào)的N40K Tg系小鼠的多代傳代
Peng說:“拼接機(jī)械是如此重要，在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)建一個(gè)模型來研究它是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)。我們能夠創(chuàng)建一個(gè)只發(fā)生在神經(jīng)元中的拼接功能障礙模型。這個(gè)模型證明了剪接功能障礙會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元毒性和認(rèn)知障礙?！?/div>
圖4 N40K-Tg小鼠表現(xiàn)出腦重量減輕和腦容量減少，但運(yùn)動(dòng)能力正常
抑制神經(jīng)元活動(dòng)可以防止大腦過度興奮。如果抑制神經(jīng)元的活性被抑制，神經(jīng)元會(huì)變得更加活躍，但它會(huì)引起毒性。研究人員發(fā)現(xiàn)，新小鼠模型中的突觸蛋白受到了顯著影響，特別是與抑制神經(jīng)元活動(dòng)有關(guān)的蛋白質(zhì)。
圖4 N40K-Tg小鼠表現(xiàn)出腦重量減輕和腦容量減少，但運(yùn)動(dòng)能力正常
“興奮性毒性非常重要，因?yàn)樵诎柎暮Ｄ☆I(lǐng)域已經(jīng)知道了，”Peng說?！吧踔猎?0-30年前，人們就認(rèn)識(shí)到神經(jīng)元變得超級(jí)興奮，現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)，剪接機(jī)制可能是導(dǎo)致阿爾茨海默癥患者興奮性毒性的原因?！?/div>
圖5 N40K-Tg小鼠突觸通路剪接缺陷轉(zhuǎn)錄的驗(yàn)證
RNA剪接缺陷和β-淀粉樣蛋白聚集結(jié)合
阿爾茨海默病的一個(gè)標(biāo)志是大腦中β-淀粉樣蛋白和tau蛋白的聚集。Peng之前的工作揭示了U1 snRNP在大腦中也會(huì)形成聚集物，但科學(xué)家們無法研究U1 snRNP功能在疾病中的作用，直到他們開發(fā)了一個(gè)干擾U1 snRNP功能導(dǎo)致RNA拼接缺陷的模型。
圖5 N40K-Tg小鼠突觸通路剪接缺陷轉(zhuǎn)錄的驗(yàn)證
為了了解RNA剪接缺陷在β-淀粉樣蛋白聚集情況下的行為，研究人員將他們的小鼠模型與β-淀粉樣蛋白模型交叉。這兩種類型的毒性攻擊一起重塑了大腦的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組，解除了對(duì)突觸蛋白質(zhì)的調(diào)控，加速了認(rèn)知能力的下降。
Peng說:“從最初的行為到細(xì)胞生物學(xué)，再到現(xiàn)在的分子機(jī)制，我們已經(jīng)描述了RNA剪接機(jī)制對(duì)阿爾茨海默病神經(jīng)元興奮性毒性的潛在貢獻(xiàn)?！边@個(gè)交叉小鼠模型比早期的模型更接近人類的阿爾茨海默癥，可能對(duì)未來的疾病研究有用。
參考資料：
[1] Alzheimer's disease-associated U1 snRNP splicing dysfunction causes neuronal hyperexcitability and cognitive impairment. Nature Aging, 2022; DOI: 10.1038/s43587-022-00290-0
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