Przedstawiamy protokół badający, jak Mettl3 reguluje Nrf2 poprzez modyfikację m6A, hamując mikroglej pirostozę i chroniąc neurony serotoniny w modelach choroby Parkinsona, z zastosowaniami w badaniach neurozapalnych epitranskryptomii.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Przedstawiamy protokół badający, jak Mettl3 reguluje Nrf2 poprzez modyfikację m6A, hamując mikroglej pirostozę i chroniąc neurony serotoniny w modelach choroby Parkinsona, z zastosowaniami w badaniach neurozapalnych epitranskryptomii.
Dokładne mechanizmy patogenezy choroby Parkinsona (PD) pozostają niedo do końca poznane, szczególnie w kwestii roli zapalenia mikrogleju i przeżycia neuronów serotoninowych. Protokół ten przedstawia kompleksowe ramy wyjaśnienia, jak metylotransferaza podobna 3 (Mettl3) moduluje czynnik 2 powiązany z czynnikiem erytroidowym 2 (Nrf2) jądrową poprzez modyfikację N6-metyladenozyny (m6A), co tłumi mikroglejową pirostozę i zachowuje neurony serotoniny zarówno in vitro , jak i in vivo . Głównym celem jest dostarczenie naukowcom powtarzalnych metod do rozkładania epitranskryptomii na szlaki neurozapalne, zaczynając od mikroglejowej aktywacji mikrogleju indukowanej lipopolisacharydami (LPS) w komórkach BV2 w celu symulacji kaskad zapalnych, a następnie metodą ilościowego PCR immunoprecypitacji metylowanego RNA (MeRIP-qPCR) do analizy m6A. In vivo szczegółowo przedstawiamy ustanowienie mysiego modelu PD indukowanego przez MPTP, uzupełnionego stereotaktycznym dostarczaniem wektorów serotypu 9 (AAV9) związanego z adeno-adenomizacją do celowanej modulacji Nrf2 w prążkowiu. Oceny behawioralne obejmują umiejscowienie kończyn przednich, przyspieszające badania rotarodowe oraz testy na otwartym polu w celu ilościowego określenia deficytów ruchowych, natomiast testy molekularne obejmują Western blotting dla markerów piroptozy (np. NLRP3, rozszczepiona kaspaza-1), enzymatyczny immunosorbentny test (ELISA) dla cytokin oraz barwienie dihydroetydium (DHE) dla wykrywania reaktywnych form tlenu (ROS) w neuronach serotoniny. Zaawansowane techniki mikroskopowe, takie jak immunohistochemia dla Iba1 i TPH2, umożliwiają wizualizację dynamiki mikrogleju i integralności serotonergicznej. Wyniki potwierdzają, że niedobór Mettl3 nasila obniżenie poziomu Nrf2, hiperaktywację inflammasomu NLRP3, śmierć komórek piroptotycznych oraz w konsekwencji degenerację neuronów serotoninowych. Metoda ta nie tylko zapewnia solidne eksperymentalne podłoże do badania neuroprotekcji podleganej m6A, ale także wskazuje potencjalne możliwości terapeutyczne łagodzenia postępu Parkinsona poprzez ukierunkowaną modulację osi Mettl3/Nrf2 w kontekstach neurodegeneracyjnych.
Choroba Parkinsona (PD) zajmuje drugie najczęstsze zaburzenie neurodegeneracyjne wśród osób starszych, dotykając około 2-3% osób w wieku 65 lat i starszych, co stanowi znaczące obciążenie zarówno dla rodzin, jak i społeczeństwa1. Chociaż dokładne mechanizmy PD pozostają częściowo zrozumiane, narastające dowody wskazują na związek między rozwojem PD a wyzwaniami w transmisji neuronalnej, a także neurozapaleniem wywołanym przez komórki mikroglejowe, co jest cechą częstą u starzejących się mózgów i różnych chorób neurodegeneracyjnych, w tym PD 2,3,4,5 . Mikroglej pełni funkcję wrodzonych komórek odpornościowych w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN) i jest niezbędny do utrzymania homeostazy mózgu6. Jednak utrzymująca się nadmierna aktywacja tych mikrogleju może wywołać przewlekłe reakcje neurozapalne, co ostatecznie przyczynia się do postępu choroby neurodegeneracyjnej.
Zarówno centralne, jak i obwodowe procesy zapalne znacząco wpływają na patologię PD 7,8. Aktywacja komórek mikrogleju wywołuje reakcje zapalne wpływające na przeżycie neuronów9, a pojawiające się dowody wskazują na jej primowanie przez ligazy ubiquityny10. Spośród różnych szlaków zapalnych aktywacja białka 3 (NLRP3) zawierającego domenę zapalną NOD, LRR oraz domenę pyrynową jest głównym czynnikiemregulującym mikroglej11. Aktywacja prowadzi do ekspresji NLRP3 i późniejszego złożenia kompleksu inflammasomu składającego się z adaptera domeny aktywacji i rekrutacji kaspaz (CARD) oraz pro-kaspazy-1, co kończy się rozszczepieniem białek i uwalnianiemcytokin12. U pacjentów z Parkinsonysem oraz w różnych modelach zwierzęcych choroby zaobserwowano podwyższoną aktywację NLRP3, co prowadzi do śmierci neuronów. Warto zauważyć, że hamowanie NLRP3 wykazało działanie ochronne przeciwko patologii Parkinsonowej w modelach myszych, podkreślając kluczową rolę inflamasomu NLRP3 w wystąpieniu PD13,14.
Sygnalizacja serotoniny (5-HT) jest istotnym mechanizmem regulacji nerwowej, wpływającym na liczne zachowania i funkcje fizjologiczne poprzez interakcje z co najmniej 14 podtypami receptorów postsynaptycznych15,16, w tym role w patologii OUN, jak opisano w kompleksowych przeglądach17. Rozległy neuromodulacyjny wpływ systemu 5-HT jest kontrolowany przez około 26 000 neuronóww mózgu gryzoni. Podczas gdy znaczna literatura łączy PD głównie z utratą neuronów dopaminergicznych, związek między neuronami 5-HT a PD jest mniej dokładnie zbadany.
Modyfikacja N6-metyladenozyny (m6A), najpowszechniejsza modyfikacja mRNA w komórkach eukariotycznych, jest kluczowa dla regulacji splicingu, stabilności i eksportu mRNA, wpływając tym samym na różne aktywności komórkowe19. Poziomy m6A są modulowane przez metylotransferazy i demetyloazy. Podwyższone modyfikacje m6A w mózgu zostały powiązane z rozwojem nerwowym, którego dysregulacja jest ściśle powiązana z chorobami neurodegeneracyjnymi20,21, w tym zmienioną ekspresją METTL3 w modelach choroby Alzheimera22. Na przykład nagromadzenie metylotransferazy 3 (METTL3) w nierozpuszczalnej frakcji tkanek mózgowych po śmierci pacjentów z chorobą Alzheimera zostało pozytywnie skorelowane z poziomami nierozpuszczalnego białka Tau23. Ponadto znaczący spadek poziomu m6A w prążkowiu może prowadzić do znacznego spadku poziomu neuroprzekaźników dopaminy24. Warto zauważyć, że dwanaście polimorfizmów pojedynczych nukleotydów związanych z m6A wykazało istotne powiązania z podatnością na PD25. Protokół ten ustanawia kompleksowe metody badania sposobu, w jaki modyfikacje m6A za pomocą METTL3 regulują mikroglejową pirostozę na osi Nrf2/NLRP3, co ostatecznie wpływa na przeżywalność neuronów serotoniny w modelach Parkinson. Model ostrego MPTP in vivo oraz model LPS in vitro zostały wybrane ze względu na silną indukcję odpowiedzi neurozapalnych, choć przewlekłe paradygmaty mogą uzupełnić przyszłe badania, jak omówiono poniżej.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie eksperymenty na zwierzętach były przeprowadzane za zgodą Komitetu ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt Szpitala Ludowego w Feicheng (numer zatwierdzenia IACUC-2024-118) i przeprowadzane zgodnie z wytycznymi instytucjonalnymi oraz ustalonymi zasadami etycznymi badań na zwierzętach laboratoryjnych. Protokoły badania zapewniły humanitarną opiekę i traktowanie wszystkich zwierząt, ze szczególnym naciskiem na minimalizację cierpienia i cierpienia, przy jednoczesnym przestrzeganiu zarówno standardów instytucjonalnych, jak i wytycznych ARRIVE dotyczących odpowiedzialnych praktyk badawczych na zwierzętach.
1. Model hodowli komórek i aktywacji mikrogleju
2. Rozwój modeli zwierzęcych i projektowanie eksperymentalne
3. Techniki i walidacja biologii molekularnej
4. Analiza i walidacja białek
5. Ocena behawioralna i analiza funkcjonalna
6. Mikroskopia zaawansowana i obrazowanie
7. Analiza statystyczna i walidacja danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół skutecznie wykazuje, że ekspresja Mettl3 spada w komórkach mikroglejowych leczonych LPS (Rysunek 1), co potwierdzają zarówno spadki poziomu mRNA, jak i białek w porównaniu z grupami kontrolnymi (Rysunek 1B,C). Analiza ELISA potwierdza skuteczną aktywację zapalną wywołaną przez LPS poprzez podwyższone poziomy IL-6 i TNF-α w supernatantach hodowlowanych (Rysunek 1A).
Analiza MeRIP-qPCR ujawnia, że ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Istnieje kilka kluczowych kroków, które wymagają szczególnej uwagi, aby zapewnić powtarzalne wyniki. Czas aktywacji LPS jest kluczowy – reakcje zapalne osiągają szczyt po 24 godzinach po leczeniu, a do każdego eksperymentu zalecamy przygotowanie świeżego roztworu LPS, ponieważ przechowywane roztwory mogą stracić bioaktywność19,20. W analizie MeRIP-qPCR jakość przeciwciał jest kluczowa. Stwierdziliśmy, że walidacja przeciwciał przy użyciu znanych pozytywnych i uje...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak konkurencyjnych interesów finansowych ani konfliktów interesów związanych z tą pracą. Żaden autor nie ma żadnych relacji finansowych z firmami, których produkty są wymienione w tym artykule.
Autorzy dziękują personelowi technicznemu Szpitala Ludowego Feicheng oraz Szpitala Yantai Yantaishan za pomoc w procedurach eksperymentalnych i opiece nad zwierzętami.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Wektory wirusowe AAV9 | Obiekt Vector Core | Zwyczaj | Zawierające konstrukty Nrf2 |
| Przyspieszający rotarod | Ugo Basile | 47600 | Do testów behawioralnych |
| Przeciwciało anty-GAPDH | Technologia sygnalizacji komórkowej | 5174 | Przeciwciało pierwotne, 1:5000 |
| Przeciwciało przeciw GSDMD | Abcam | ab219800 | Przeciwciało pierwotne, 1:1000 |
| Przeciwciało przeciw Iba1 | Wako | 019-19741 | Przeciwciało pierwotne, 1:500 |
| Przeciwciało anty-NLRP3 | AdipoGen | AG-20B-0014 | Przeciwciało pierwotne, 1:1000 |
| Przeciwciało anty-Nrf2 | Abcam | ab62352 | Przeciwciało pierwotne, 1:1000 |
| Przeciwciało przeciw SLC6A4 | Novus Biologicals | NBP1-85726 | Przeciwciało pierwotne, 1:500 |
| Przeciwciało przeciw TPH2 | Millipore | MAB847 | Przeciwciało pierwotne, 1:500 |
| Zestaw do testowania białek BCA | Przebijać | 23225 | Dla ilościowej ilościowości białek |
| Komórki mikroglejowe BV2 | Biologia Shengen | SG-BV2 | Linia komórek mikrogleja myszy |
| Myszy C57BL/6J | Laboratorium Vital River | 213 | 8-tygodniowe dziecko, 19-26 g |
| Zestaw do frakcjonowania komórek | Technologia sygnalizacji komórkowej | 9038 | Separacja jądrowo-cytoplazmatyczna |
| Całkowity wysokoglukozowy DMEM | Gibco | 11965092 | Pożywka hodowla komórkowa |
| DAB Chromogen | Laboratoria Vector | SK-4100 | Dla immunohistochemii |
| Wiertarka dentystyczna | Narzędzia Nauki Ścisłej | 18000-17 | Do wiercenia dziurów z żarnem |
| DHE (dihydroetyd) | Sondy molekularne | D11347 | Wykrywanie ROS |
| ELISA Kit (IL-1β) | R& D Systems | MLB00C | Mysz IL-1β wykrywanie |
| ELISA Kit (IL-18) | R& D Systems | 7625 | Wykrywanie IL-18 przez mysz |
| ELISA Kit (IL-6) | R& D Systems | M6000B | Wykrywanie IL-6 przez mysz |
| ELISA Kit (TNF i alfa;) | R& D Systems | MTA00B | Mysz TNF i alfa; wykrywanie |
| Serum bydlęce płodowe | Gibco | 16000044 | Suplement hodowli komórkowej |
| Przeciwciało wtórne sprzężone z HRP | Jackson ImmunoResearch | 111-035-003 | Antykrólik, 1:10000 |
| Izofluran | Nauki o życiu z napędem na tylne koła | R510-22 | Środek znieczulający |
| Zestaw do analiz LAL | Lonza | 50-647U | Walidacja aktywności LPS |
| Lipofektamin transfekcyjny reagent | Invitrogen | 11668019 | Dla transfekcji komórkowej |
| LPS (lipopolisacharyd) | Sigma-Aldrich | L2630 | Z E. coli, 1 mg/mL wywaru |
| Przeciwciało m6A | Systemy synapcyjne | 202003 | Dla MeRIP, 1:200 |
| Pompa mikrostrzykawkowa | Aparat Harvarda | 70-3007 | Dla wstrzyknięć stereotaktycznych |
| MPTP | Sigma-Aldrich | M0896 | Neurotoksyna, 30 mg/kg |
| Aparat otwarty | ANY-maze | Zwyczaj | 50 cm i ostry; 50 cm i ostry; 50 cm |
| Paraformaldehyd | Sigma-Aldrich | P6148 | 4% w PBS |
| Wektor pcDNA3.1 | Invitrogen | V79020 | Wektor ekspresji |
| Penicylina-Streptomycyna | Gibco | 15140122 | Roztwór antybiotykowy |
| Premix Ex Taq II Kit | Takara | RR820A | Dla qPCR |
| Zestaw RT PrimeScript | Takara | RR037A | Transkrypcja odwrotna |
| Membrana PVDF | Millipore | IPVH00010 | Dla Western blot |
| Bufor RIPA | Technologia sygnalizacji komórkowej | 9806 | Ekstrakcja białek |
| siRNA (Mettl3) | RiboBio | Zwyczaj | Walidacja sekwencji docelowej |
| Stereotaktyczna rama | Nauki o życiu z napędem na tylne koła | 68001 | Do operacji mózgu |
| Odczynnik TRIzol | Invitrogen | 15596026 | Ekstrakcja RNA |
| Trypan Blue | Sigma-Aldrich | T8154 | Barwienie żywotności komórek |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.