Nature Communications
2024.01.10
Joel Blanchard | Nash Family Department of Neuroscience at Mount Sinai
研究背景
/// 01
DJ1 KO的人中脑器官组织具有与帕金森病相关的α-syn表型，并累积蛋白糖化损伤
首先，研究人员通过CRISPR介导的基因组编辑获得DJ1基因敲除的中脑类器官，hMIDOs成功表达了中脑标记物FOXA2、 LMX1A和成熟中脑标记物NURR1，并生成了TH+神经元。同时在第200天时，DJ1 KO 的hMIDOs出现磷酸化α-syn的聚集。溶酶体通路对多种形式的自噬至关重要，而且溶酶体可处理α-syn单体和聚集体。为了研究DJ1 KO 的hMIDOs中α-syn聚集是否由于自噬改变所导致，研究人员用巴佛洛霉素A1（BAF）处理第100 天的hMIDOs，发现处理后LC3II 水平和自噬底物P62积累并没有显著改变。此外，成熟形式的溶酶体酶GBA在第200天的 hMIDOs会消耗殆尽。这些结果表明，在DJ1 KO的 hMIDOs中，自噬系统有效清除较高的聚集体生成，最终导致了低聚α-syn的积累。
图1.DJ1 KO hMIDOs α-syn积累和自噬表型
图2.DJ1 KO hMIDOs累积蛋白糖化损伤
/// 02
星形胶质细胞 DJ1功能缺失导致非细胞自主性神经元毒性，具有促炎表型并积累聚集蛋白
星形胶质细胞是大脑中主要的糖酵解细胞类型，与神经元和其他脑细胞类型相比，星形胶质细胞受到糖化损伤的风险更高。因此，研究人员深入探究了中脑类器官中星形胶质细胞的功能。研究人员从成熟的中脑器官组织（100天以上）中分离星形胶质细胞，并将其培养在二维培养液中，之后在第25天的hMIDO中播种成熟的突变组或对照组星形胶质细胞进行共培养，发现DJ1功能缺失的星形胶质细胞会导致TH+神经元减少。此外，星形胶质细胞与中脑神经元共培养发现，DJ1功能缺失的星形胶质细胞蛋白水解清除能力受损，GFAP水平显著升高。上述结果提示星形胶质细胞中DJ1具有显著的神经保护作用，而与PD相关的DJ1功能缺失变异通过星形胶质细胞导致神经退行性变。此外，DJ1功能缺失的星形胶质细胞出现肥大炎症表型，并伴有蛋白质聚集体的积累。
DJ1功能缺失会损害溶酶体，导致α-syn在星形胶质细胞中积聚
在神经退行性疾病的早期阶段，聚集蛋白的降解即自噬通量会升高。因此，研究人员试图确定在DJ1功能缺失的星形胶质细胞中观察到蛋白质聚集体积累是何种原因所致。通过评价自噬通量指标、溶酶体核周定位、蛋白质水解等，研究人员发现AGE 损伤至少是DJ1功能缺失的星形胶质细胞溶酶体蛋白水解减少的部分原因，DJ1 KO损害了溶酶体对突触核蛋白单体的清除，导致神经元死亡。
结果讨论
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作者丨周丹妮
审稿丨杨树广、周峰泉
推文编辑 | 聂睿
