Блог

Sep 16, 2023

PLD3 влияет на аксональные сфероиды и дефекты сети при болезни Альцгеймера

Природа, том 612, стр.

Nature, том 612, страницы 328–337 (2022 г.) Процитировать эту статью

31 тыс. доступов

9 цитат

263 Альтметрика

Подробности о метриках

Точные механизмы, приводящие к снижению когнитивных функций при болезни Альцгеймера, неизвестны. Здесь мы идентифицируем аксональные сфероиды, ассоциированные с амилоидными бляшками, как важные факторы, способствующие дисфункции нейронной сети. Используя прижизненную визуализацию кальция и напряжения, мы показываем, что мышиная модель болезни Альцгеймера демонстрирует серьезное нарушение связи аксонов на больших расстояниях. Это нарушение вызвано блокадой проводимости потенциала действия из-за увеличения сфероидов, действующих как стоки электрического тока в зависимости от размера. Рост сфероидов был связан с возрастным накоплением крупных эндолизосомальных везикул и был механически связан с Pld3 — потенциальным геном риска, связанным с болезнью Альцгеймера1, который кодирует лизосомальный белок2,3, который высоко обогащен аксональными сфероидами. Сверхэкспрессия Pld3 в нейронах приводила к накоплению эндолизосомных пузырьков и увеличению сфероидов, что ухудшало блокаду аксональной проводимости. Напротив, делеция Pld3 уменьшала размер эндолизосомных везикул и сфероидов, что приводило к улучшению электропроводности и функции нейронной сети. Таким образом, целенаправленная модуляция эндолизосомального биогенеза в нейронах потенциально может обратить вспять аномалии нервной цепи, вызванные аксональными сфероидами, при болезни Альцгеймера, независимо от удаления амилоида.

Болезнь Альцгеймера (БА) — нейродегенеративное состояние, которое характеризуется широко распространенными нарушениями в нейронных цепях и сетевых связях4. Считается, что внеклеточное отложение пептида β-амилоида (Aβ) запускает каскад событий, которые в конечном итоге приводят к снижению когнитивных функций5. Однако клеточные основы, связывающие отложение Aβ и разрушение нейронной сети, недостаточно изучены6, что ограничивает рациональную разработку новых методов лечения. Обширные предыдущие исследования были сосредоточены на таких механизмах, как потеря синапсов и гибель клеток, как потенциальных причинах нервной дисфункции7,8, а терапевтические усилия в основном были сосредоточены на стратегиях удаления внеклеточного амилоида9. Однако важным и недостаточно изученным патологическим признаком БА являются заметно увеличенные нейрональные отростки, традиционно называемые дистрофическими нейритами, которые обнаруживаются вокруг отложений Aβ10,11,12. Ранее было показано, что все эти процессы имеют аксональное, а не дендритное происхождение13,14 (Рис. 1a,b), поэтому мы поэтому называем их ассоциированными с бляшками аксональными сфероидами (PAAS). Хотя на протяжении многих лет были предложены различные гипотезы относительно их развития15,16,17,18,19, эти структуры не были в центре внимания механистических исследований, и их патофизиологическое значение остается неопределенным.

а — конфокальные изображения мозга мыши после односторонней инъекции AAV2-GFP. б, изображения из области, обозначенной пунктирной рамкой, показывающие аксональные сфероиды, которые могут происходить только из транскаллозальных выступающих аксонов (зеленый), которые не связаны с дендритным маркером MAP2 (красный). Масштабная линейка, 5 мкм. c: Двухфотонный временной интервал аксональных сфероидов in vivo вблизи амилоидной бляшки (голубые пунктирные линии), демонстрирующий динамические (стрелки) и стабильные (звездочки) структуры. Масштабная линейка, 5 мкм. г, Схема изображения аксонального кальция на двух сторонах аксонального сфероида (зеленый) рядом с бляшкой (красный) после электрической стимуляции контралатерального полушария. д, Пример аксонов, меченных GCaMP6f, со сфероидами (слева) и без (справа) и следами динамики аксонального кальция в ROI по обе стороны от бляшки (оранжевый и синий). Ось y указывает ΔF/F переходных процессов кальция. Оранжевые столбцы показывают последовательность импульсов стимула частотой 50 Гц. На вставках показаны увеличенные графики (серые прямоугольники). Черные пунктирные линии указывают на экспоненциальную регрессию восходящей фазы. Оранжевые и синие пунктирные линии показывают расчетное время повышения уровня кальция. Масштабные линейки: 10 мкм (верхние изображения) и 200 мс (вставки). е, Следы, показывающие блокаду проводимости (звездочки) после стимуляции (желтые мигающие значки). ж, Различия во времени повышения уровня кальция в сегментах аксонов на обеих сторонах отдельного сфероида. n = 10, n = 21 и n = 8 аксонов для групп без сфероидов, малых сфероидов и больших сфероидов соответственно; получено от n = 14 мышей. h, Стратегии стимуляции и визуализации кальция для измерения межполушарной аксональной проводимости на большие расстояния. i, Следы динамики кальция в транскаллозальных аксонах, изображенных на контралатеральном полушарии. Масштабная линейка, 200 мс (вставка). j, Временной интервал между стимуляцией и временем нарастания, представленным отдельными аксонами (слева) или мышами (справа). n = 51 аксон у n = 3 мышей дикого типа; n = 58 аксонов у n = 8 мышей 5xFAD. k, Стратегия стимуляции аксонов и визуализации тел клеток с помощью двухфотонного напряжения для измерения антидромной аксональной проводимости. l, Пример тела ячейки, меченного датчиком напряжения (ASAP3), и область линейного сканирования (синяя линия) (слева). Справа: кимограф линейного сканирования с частотой 1 кГц после электрической стимуляции (оранжевые столбцы). Черные стрелки указывают точки доступа. Масштабные линейки: 10 мкм (слева и справа по вертикали) и 100 мс (справа по горизонтали). м — следы флуоресценции ASAP3. Оранжевые полосы обозначают электрическую стимуляцию. Приложенный электрический ток и мощность быстрого преобразования Фурье (БПФ) 10 Гц указаны под каждой кривой. n, вероятность генерации AP (мощность БПФ) для каждой ячейки при определенном токе. На вставке показаны примеры двух отдельных клеток при различных токовых стимуляциях. о, Токи, необходимые для 50% успешного проведения ПД для каждой клетки (отдельные точки). n = 25 клеток от n = 2 мышей дикого типа; n = 27 клеток от n = 3 мышей AD. p, временной интервал между стимуляцией и временем пика АД. n = 59 клеток от n = 4 мышей дикого типа; n = 62 клетки от n = 4 мышей AD. q. Время нарастания (красный оттенок), измеренное в соме после стимуляции контралатеральных аксонов, показывает сходство между GCaMP6f (зеленый) и ASAP3 (серый). Масштабные линейки: 10 мс (по горизонтали) и 1 произвольная единица (АЕ) (по вертикали). Статистический анализ проводился с использованием двустороннего U-критерия Манна-Уитни (g, j (слева), o и p) и двустороннего парного t-критерия (j (справа)). Данные представляют собой среднее значение ± стандартная ошибка.