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科学家发现:破坏神经元结构、加速阿尔茨海默病进展的新机制
发布日期:2024-11-04 06:18    点击次数:105
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我们知道,阿尔茨海默病(AD)的两个典型病理特征是β-淀粉样蛋白(Aβ)沉积导致的淀粉样斑块,以及tau蛋白过度磷酸化导致的神经纤维缠结。这些蛋白的异常积累会破坏突触功能,引发神经炎症,最终导致神经元死亡。

当然,我们大脑也有应对这些异常蛋白的措施,比如未折叠蛋白反应(UPR)。正常情况下,作为蛋白质合成的主要器官,当蛋白质发生错误折叠和聚集时,内质网就会发生应激,从而激活UPR,目的是修复或消除错误折叠和聚集的蛋白质,维持正常的细胞功能。

在UPR的过程中,有一个非常关键的起始步骤,那就是X盒结合蛋白1(XBP1)的激活。通常,XBP1想要达成激活状态,就需要RNA加工,即XBP1的mRNA要先被内质网跨膜蛋白IRE1α剪开,再通过tRNA连接酶复合体(tRNA-LC)进行重新拼接才行。这一剪接步骤被破坏的话,UPR过程将会受到阻碍。

既往有研究显示,RTP801(也叫REDD1)作为一种应激反应蛋白,在AD、帕金森病和亨廷顿病等神经退行性疾病中扮演重要角色,其水平升高与AD等疾病进展和神经元死亡有关。但截至目前,RTP801究竟是如何影响AD进展的,以及是否与RNA的加工障碍和UPR受阻有关,还不清楚。

近期,巴塞罗那大学的Genís Campoy-Campos和Cristina Malagelada团队发表了一项研究成果。他们发现,RTP801水平升高会损害RNA的加工。

具体来说,在AD进程中,RTP801可通过与tRNA-LC相互作用,干扰其功能和mRNA连接酶活性,不仅破坏了XBP1 mRNA的剪接过程,导致异常聚集蛋白无法通过UPR途径进行修复,还加剧了内含子tRNA的积累(含有内含子的tRNA是不成熟的,需要经tRNA-LC剪接才能参与正常蛋白质合成),破坏了神经元的结构,进一步加速了AD的病理进展。

研究发表在Nucleic Acids Research上。

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论文首页截图

为了了解RTP801在AD进展中的作用,研究人员利用质谱分析观察了与RTP801相互作用的蛋白,并对鉴定出的蛋白进行生物富集分析。

结果发现,与RTP801相互作用的43个蛋白中有16个都是RNA结合蛋白。随后的免疫共沉实验显示,RTP801会与tRNA-LC的三个关键成员,HSPC117、DDX1和CGI-99蛋白结合。

免疫共沉等实验

进一步,研究人员想知道这种结合是否会干扰tRNA-LC的功能,影响其mRNA连接酶活性。

鉴于tRNA-LC在UPR期间直接参与了XBP1 mRNA的剪接,于是研究人员观察了XBP1 mRNA的剪接效率(成功剪接用XBP1s表示,未剪切用XBP1u表示,剪接效率用XBP1s/XBP1u表示)。

结果在体外实验中,研究人员发现,敲低RTP801能增加XBP1 mRNA的剪接效率,使XBP1s mRNA及其靶基因SEC24D表达显著增加。相反,RTP801的过表达则会导致XBP1u mRNA大量积累,XBP1 mRNA的剪接效率大幅下降。这一现象随后也在AD患者的海马组织样本(AD患者中,RTP801水平升高与XBP1s水平降低有关)和AD小鼠模型中得到了验证。

体外研究结果

不过值得一提的是,在AD小鼠的海马区域中,RTP801的过表达不仅破坏了XBP1 mRNA的剪接,还引发了内含子tRNA的异常积累,并导致了小鼠海马神经元出现了异常的树突分支。

而敲低RTP801,不仅恢复了XBP1 mRNA的正常剪接,还减少了内含子tRNA的堆积,改善了小鼠神经元的树突形态。

以上结果表明,RTP801与tRNA-LC的相互作用是影响AD进展的关键。在AD中,RTP801过表达会阻碍RNA的加工,主要表现为XBP1 mRNA剪接受阻,内质网清除异常聚集蛋白的能力减弱。此外,RTP801过表达还导致了内含子tRNA的积累,破坏了神经元的树突结构,进一步加速了AD进展。

研究主要内容

鉴于抑制RTP801的表达可改善上述现象,因此,研究人员认为抑制RTP801,可能是一种很有前景的治疗方法,或许可通过恢复RNA的加工来延缓AD进展。总之,这一研究成果为开发新的AD治疗方案提供了希望。



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