早老性素-1最著名的作用是大量产生作为分泌酶催化亚基的肽类物质,它也可以促进小胶质细胞内肽类物质的消化。这是8月13日发表在《分子精神病学》上的一项研究的结论。由纽约洛克菲勒大学已故的保罗·格林加德领导的这项研究发现,在表达一种不能在丝氨酸-367上磷酸化的PS1的小鼠体内,小胶质细胞因自噬空泡和溶酶体超载而无法酸化。这些小胶质细胞对脑损伤反应迟缓。在淀粉样变的小鼠模型中,磷酸化缺失的突变体PS1-S367A阻碍了乙酰胆碱的小胶质细胞消化,并加剧了乙酰胆碱的积累。结合之前实验室的发现,该研究试图建立一个案例,即早老性素-1通过多种机制和在不同的细胞类型中影响淀粉样变。

  • PS1- s367a敲入小鼠不能磷酸化serine-367上的PS1。
  • 他们的小胶质细胞慢慢迁移,并有溶酶体缺陷。
  • 在小鼠5XFAD,PS1- S367A加剧了Aβ积累。

“这项研究提醒我们,PS1怀有比水解等多重功能,”东京大学的退助富田写道。“这种监管机制的进一步分析将提供PS1生物学的一个新的认识。”富田补充说,目前还不清楚这个小胶质PS1功能是否与AD的发病机制。他想知道如何在PS1家族性AD突变可能影响其特定的小胶质细胞-功能。

之前,Greengard实验室的两项研究认为PS1是神经元自噬的驱动因素(2017年6月新闻)。研究人员报告说,当丝氨酸磷酸化367,PS1联手膜联蛋白2和其他水泡蛋白质以促进自噬体的融合到溶酶体。这促进了APPβ-C端片段(CTF)的自噬消化,因此保持Aβ产生检查。当研究人员交换了内源性鼠标PS1的S367A突变体,淀粉样变J20小鼠暴涨。在该残基挫败PS1的磷酸化没有出现由γ分泌影响APP的加工,这表明修饰不是蛋白水解是至关重要的。

在新的研究中,第一作者何利多和同事们扩大了他们的调查,小胶质细胞,因为这些细胞自噬使用消化,清除杂物外,包括Aβ。通过评估小胶质细胞迁移和基本特征开始研究者衍生物,在PS1-S367A敲入小鼠。利用颅窗口看在行动的细胞,研究人员发现,他们迁移更慢比的确在野生型小鼠小胶质细胞的激光诱导损伤的部位。在敲插件小胶质细胞也延伸更少的过程,以比那些表达正常PS1不太精细的分支模式。磷酸化缺陷的PS1似乎没有改变多少的小胶质细胞在那里。

它是如何改变小胶质细胞的功能?研究人员收集从基因表达分析中,当与来自野生型小鼠的小胶质细胞相比,发现了121组差异表达的基因的一些暗示。参与吞噬体成熟和自噬基因是受影响最大的之一。ATP6v0a1,液泡ATP酶即酸化溶酶体的小胶质细胞表达,在敲插件减少了一半。

小胶质细胞消化不良。电子显微镜表明自噬泡(箭头)的小胶质细胞中从磷酸 - 缺陷型PS1-S367A小鼠(右侧),与野生型小鼠(左)相比,分选的过剩。液泡右量化。[利多等人的礼貌。,分子精神病学,2020年]

与基因表达数据一致的是,从PS1-S367A小鼠中分离出的小胶质细胞有大量的自噬空泡,其中充满了未消化的物质。它们的溶酶体pH值较高,表明酸化作用不正常。与缺陷一致的是,敲入小鼠的初级小胶质细胞正常地吸收低聚物,但没有继续消化它们。研究人员可以通过过度表达TFEB来纠正溶酶体缺陷,TFEB是自噬的主要转录调节因子。初级小胶质细胞TFEB的升高不仅恢复了ATP6v0a1的水平,而且还恢复了溶酶体的正常pH值。

拉尔夫·尼克松,内森·克莱恩学院,纽约,是不服气的,在液泡ATP的减少说明溶酶体缺陷。他曾报道称,APP CTFS提高溶酶体pH值。“It is puzzling why this demonstrated action of APP-CTF on lysosomal pH, given the group’s previous report of APP-βCTF elevations in presumably the same lysosomal compartment, was not considered as a possible mechanism for the phospho-deficient mutant, but instead a highly speculative alternative was favored,” he wrote (see comment below).

这是否小胶质消化不良影响淀粉样变?为了进一步研究,研究人员越过PS1磷酸化缺陷小鼠5 xfad老鼠。从3个月大的后代大脑切片的共聚焦显微镜揭示了与Aβ毛绒小胶质细胞。刚果红染色,随后iDISCO,呈现脑组织透明的技术,揭示整个脑中Aβ斑块。5XFAD与小鼠相比,那些表达磷酸化缺陷型PS1在约180个脑区分析35有较高的斑块负荷。

一个β斑块迪斯科。在PS1-S367A小鼠的大脑半球,组织清除显示了大量的空斑(刚果红,金色)。[利多等人的礼貌。,分子精神病学,2020年]

通过将APP与小胶质细胞提取物混合,研究人员再次发现,在PS1中,c末端的分泌酶处理不受S367A突变的影响。然而,对于另一种分泌酶的底物Notch,情况并非如此。与野生型小鼠相比,在敲除小鼠的小胶质细胞提取物中,其处理过程得到了增强。这表明PS1 S367的磷酸化作用影响了一些底物的分泌酶活性,而不是其他底物。

医学休斯敦贝勒医学院的郑辉指出,这是很难理解S367A磷酸化将如何调解在APP和Notch不同的效果,而且这种现象需要进一步研究。“此外,由于S367A突变并不在PSEN1 FAD组群中发现,在KI小鼠AD中观察到的表型的小神经胶质的相关性并不明显,”郑加入。

利多告诉Alzforum,他认为这项研究为开始调查PS1的小胶质细胞的功能。大多数研究都集中在蛋白质在神经元中的作用。从格林加德实验室以前的研究表明,在神经元,促进自噬体的融合到溶酶体PS1驱动器的自噬。然而,小胶质细胞,蛋白质的磷酸化似乎影响溶酶体的酸化。这可能是PS1功能调节不同,这取决于细胞类型,他说。在小胶质细胞PS1功能的研究是在实验室的持续关注,他说,包括在敲小鼠表达磷酸化缺陷的PS1代有条件的,或PS1与家族性AD突变,仅在小神经胶质细胞。

PS1的这些溶酶体功能是否与人脑相关还有待观察。Ledo说,他已经在人类成纤维细胞中检测到S367的磷酸化,并且在许多其他人类细胞类型中已经记录了该残留物的磷酸化(见PhosphoSitePlus)。快速变化的磷酸化复杂死后人类大脑PS1磷酸化的分析,尽管利多计划到大脑银行的工作,以尽量减少这一问题。研究人员还在研究人类源自iPSC的神经元和小胶质细胞PS1功能。暗示了PS1磷酸化可能会在AD大脑的影响来自甲基化研究,发现编码CK1g2-激酶的基因磷酸化丝氨酸367,在人与散发性AD大脑高度甲基化和表达很差(Semick等人,2019)。这种激酶的表达减少理论上导致PS1的以下磷酸化和更大的Aβ积聚,利多noted.-杰西卡舒加特

注释

  1. 作者扩展了他们先前的发现,PS1磷酸化调节自噬-溶酶体途径。通过使用携带S367A突变体PS1的敲入小鼠,他们发现磷缺失的PS1扰乱了小胶质细胞的功能,在5xFAD模型小鼠的小胶质细胞中导致了一种巨噬细胞和PSD95的积累。他们的结论是,PS1在多个层面上调节着一种精神病理。

    他们通过多种方法研究了撞击模型中的小胶质细胞功能障碍。这项研究有趣的一点是,PS1对小胶质细胞功能的调节是独立于细胞分泌酶活性的。本研究提醒我们,PS1除了蛋白水解外,还具有多种功能。对这一调控机制的进一步分析将为PS1生物学提供新的认识。

    然而,PS1介导的小胶质细胞功能是否参与了AD的发病机制,因为作者没有分析FAD突变对小胶质细胞的影响目前还不清楚。一些报告表明,在蛋白功能方面的PS1是FAD突变导致功能的部分损失。然而,作者发现,γ分泌酶抑制剂不改变体外小胶质细胞的功能。然而,这将是耐人寻味,看是否PS1和/或小胶质细胞功能的磷酸化是由PS1的FAD相关的突变改变。

    此外,有报道称,PS2,但不是PS1,在免疫应答的调节(一个关键因素Jayadev等人,2010;Agrawal等,2015;Fung等。,2020)。PS1的磷酸化位点是PS1具体的,但这些数据提高该PS调节小胶质细胞功能障碍修改AD的病理生理的可能性。

    参考文献:

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    早发性家族性阿尔茨海默病变异PSEN2 N141I杂合性是相关具有改变小胶质细胞表型J老年痴呆症说。2020年07月24;考研

  2. 目前的工作是集团的调查,对PS1丝氨酸磷酸化367的延续。此前研究者发现,这种磷酸化的影响,通过自噬和独立的γ分泌酶,APPβ-CTF与Aβ的转换。在这里,作者研究了该磷酸化的小胶质细胞中使用PSEN1 S367A磷酸化缺陷的敲入(KI)小鼠的作用。他们报告说,KI小鼠显示出改变的小胶质细胞的形态,脑损伤小胶质细胞受损的响应,并在小胶质细胞增加Aβ和PSD95。因此,这项工作揭示PS1的小胶质细胞通过调控S367磷酸化中的新作用,通过其介导Aβ代谢。有趣的是,在对比他们以前的报告中指出,PS1 S367磷酸化不影响γ分泌酶APP的处理,在这里,作者展示在KI小胶质细胞信号传导增加了凹陷γ分泌酶的活性。在S367磷酸化介导如何在APP和Notch不同的效果是很难理解和值得进一步研究。此外,由于S367突变不PSEN1 FAD群组发现,小胶质细胞表型的相关性在KI小鼠AD观察是不明显的。

  3. 虽然主要在神经元中研究,但早老性神经蛋白1(编码PS1)在免疫系统中广泛表达,包括小胶质细胞。作者这项有趣的工作表明,PS1是小胶质细胞溶酶体机制的重要调节器。其机制尚未完全阐明,但作者认为,细胞内区域PS1的磷酸化可能在转录因子TFEB的激活中发挥一定作用,TFEB诱导溶酶体基因表达和溶酶体酸化。值得注意的是,这种类型的信号是以一种独立于分泌酶的方式发生的,因此它与APP的处理机制是不耦合的。

    产生作者的转基因小鼠品系窝藏在PS1磷酸化位点S367的点突变。为了研究PS1磷酸化中的作用AD样病理,这些小鼠进一步与线5XFAD(加速淀粉样蛋白β沉积的一种流行的模型)交叉。与表达PSEN1的野生型控制5XFAD小鼠相比,双转基因小鼠发生更严重的淀粉样蛋白病理学和突触的损失。综上所述,笔者建议在小胶质细胞是PS1磷酸化促进吞噬Aβ的溶酶体降解。这种新颖的PS1生物学的方面可以是重要的,不仅在AD,而且在其中组织驻留巨噬细胞参与其它蛋白错误折叠和存储的疾病。

  4. 家族性阿尔茨海默病(FAD)早老性蛋白1 (PSEN1)突变或PSEN1缺失已被证实可导致神经元中溶酶体酸化的不依赖于分泌酶的失败,并涉及V0a1 vATPase亚基的早期ERAD降解和vATPase组装受损(李等人,2010年;Lee等人,2015;Wolfe等,2013;李某等人。2020年;科菲等人,2014)。PSEN1突变对pH调节的功能缺失(LOF)效应早在酵母(Sharma等人,2019)并且在许多细胞类型(Wolfe等,2013;李某等人。2020年;科菲等人,2014)。虽然并不奇怪,因此这是令人欣慰的是在溶酶体蛋白水解和自噬类似于PSEN1 FAD突变的效果可在小神经胶质细胞在由具有失功能相似性质早老的磷酸化缺陷型变体模型中重现。如果可以证明小胶质细胞中这种变型的失调而患有阿尔茨海默氏病的相关性,很可能会有的吞噬和蛋白水解清除功能的负面影响。鉴于涉及V0a1贩卖和组件的复杂vATPase并且还溶酶体氯离子通道ClC7(PSEN1的依赖酸化机制的细胞类型和物种保护李某等人。2020年),将它预测,小胶质细胞清除功能也受损PSEN1 FAD。如果是这样,这可能有助于解释淀粉样蛋白斑块碎屑的PSEN1 FAD情况下​​还暗示清除较慢,而大于生产淀粉样蛋白的更丰富。

    在以前的报告(Bustos等人,2017年),洛克菲勒小组提出,相同的磷缺乏突变体干扰神经元自噬体-溶酶体融合,并在此过程中增加APP-羟甲基纤维素的水平。该研究中发现的APP-CTF水平的上升,以及由于pH升高而导致溶酶体功能受损的小胶质细胞模型中最近的发现,与我们最近的报告非常一致,该报告显示APP-CTF对溶酶体pH有抑制作用(江等人,2019)我们展示这份初步报告是由于APP-βCTF与vATPase(直接干扰作用Im等人,ADPD墙报2019)。

    It is puzzling why this demonstrated action of APP-CTF on lysosomal pH and the group’s previous report of APP-βCTF elevations in presumably the same lysosomal compartment were not considered as a possible mechanism for the phospho-deficient mutant and instead a highly speculative alternative was favored. Ledo et al. propose that the 10 percent decrease in the mRNA level of expression of the V0a1 subunit mRNA (FDR. KI-WT, 0.045) or roughly 50 percent by qPCR (p<0.05) is the underlying explanation for the observed lysosomal pH change. While plausible, this is unlikely, especially in the absence of any substantiation such as measuring vATPase complex subunit levels or vATPase complex function. It is well known that mRNA expression is a risky predictor of steady-state protein levels and, in this regard, our RNA-Seq data onPSEN1时尚成纤维细胞和PSEN1从神经元和其他细胞类型的缺失均匀地示出了增加V0a1的表达亚单位mRNA还减少V0a1蛋白的溶酶体水平,然后用pH值上升相关联降低vATPase功能。正常pH在该模型中的恢复由强TFEB过表达,如利多等。报道,不能被认为是有说服力的证据是,最低限度地降低V0a1的mRNA是pH为功能障碍的原因。

    展望未来,这将是有趣知道是否presenilin1磷酸化在神经元或神经胶质亚型生理调节,并确定是否在自噬小胶质细胞/溶酶体功能PSEN1 FAD受损所预言的那样。

    参考文献:

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  5. 利多和同事的这份手稿跟进他们早前PSEN1的S367磷酸化缺失突变体的工作。他们以前的工作突出了S367的磷酸化作用在通过自噬淀粉样蛋白β前体蛋白的β-C端片段的替代降解并通过与Annexin2和SNARE蛋白的相互作用(介导的Bustos等人,2017年,2017年)。他们现在记录了小胶质细胞的一个新角色。他们通过制造小胶质细胞选择性磷酸化缺陷的KI小鼠来达到这一目的,并发现多种缺陷可以追溯到吞噬细胞-溶酶体通路的破坏。

    总的来说,令人兴奋的是,除了神经元,正常的小胶质细胞生物学也需要适当的PSEN1功能,特别是对于清除,再次强调这些蛋白质,特别是在AD发病的背景下的分泌酶可能还有更多的有待发现。这项研究再次强调了一个单一的翻译后修饰不仅可以对微加工产生影响,现在也可以对微加工清除产生影响。我们还报道,PSEN2中一个排序基序中的单个磷酸化位点足以显著改变其亚细胞定位,从而改变a基团42/40的比例(Sannerud等人,2016)。

    这项工作的另一个有趣的方面是该观察的独立于分泌酶的性质:这是否与其他报道的PSENs兼职作用有关,例如与苔藓P. patens的细胞骨架的功能连接(Khandelwal等人,2007)、溶酶体Ca2+储存/释放和自噬/溶酶体缺陷(科恩等人,2012;Neely等,2011)?因为内溶酶体异常于AD发病机理的早期阶段的相关性,这是一个需要更多的调查一个方面:例如,是或缩小其他γ分泌亚基的上下文中的作用本文PSENs?这项研究并没有回答这个问题。笔者只测试了缺口,但它可能是值得探讨在功能上参与了Aβ清除其他γ分泌酶底物,包括TREM2,LRP,以及其他。同样,如果S367A-PSEN1影响Aβ降解,是这种突变实际上定位于吞噬体或自噬?

    针对观察到的基因表达变化,本实验在全池小胶质细胞上进行;作者观察到的改变(吞噬体成熟、14-3-3和ERK/MAPK途径)在疾病相关小胶质细胞池中受到限制或更明显,这可能值得研究。

    参考文献:

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    PSEN2/ c -分泌酶的限制性位置决定了底物的特异性,并产生细胞内的一个质池细胞。2016 06月30日; 166(1):193-208。EPUB 2016 6月9日考研

    早衰素在植物中的兼职活性不依赖于-分泌酶,且进化保守国家科学院院刊U S A。2007年08月14; 104(33):13337-42。考研

    溶酶体钙稳态缺陷,而不是质子泵缺陷,导致psendeficient细胞内溶酶体功能障碍J细胞。2012 07月09日; 198(1):23-35。考研

    早老是必要,用于通过自噬溶酶体系统中的γ分泌无关的方式高效的蛋白水解J >。2011年2月23日,31日(8):2781 - 91。考研

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参考

新闻引用

  1. 早衰素1月光是否是自噬的驱动因素,反而降低了细胞凋亡?

研究模型的引用

  1. 5XFAD(B6SJL)

论文被引用次数

  1. 整合的DNA甲基化和基因表达在多个脑区域仿形牵连的新基因在早老性痴呆ACTA Neuropathol。2019年4月,137(4):557 - 569。Epub 2019年2月2日考研

外部引文

  1. PhosphoSitePlus

延伸阅读

文件

  1. 新老素-1磷酸化位点鉴定:寓意为γ分泌酶活性和Aβ生成J Neurochem。2015年5月,133(3):409 - 21所示。Epub 2015年2月24日考研

主要论文

  1. 早老1点的磷酸化调控的小胶质细胞β淀粉样蛋白的降解分子精神病学。2020年8月13日;考研