孔贵萍/周鲁明等揭示AMPK调控脊柱损伤后背根神经节感觉神经元的轴突再生

轴突再生和部分功能恢复在受损的周围神经系统 (PNS) 中可以自发进行, 但是在中枢神经系统 (CNS) 中,比如脊髓损伤后,这种再生和功能恢复是不能发生的。目前导致这两个神经系统轴突再生能力不同的机制还不清楚。假单极型背根神经节 (DRG) 神经元有两个分支,一个分支延伸进入到周围神经系统,另一个分支上行进入到中枢神经系统的脊柱。这种细胞结构特性决定了该神经元是一个非常好的用于研究周围和中枢神经轴突不同再生能力的模型。

坐骨神经 (Sciatic nerve) 是一种被广泛用于周围神经再生的研究模型。研究发现,如果坐骨神经损伤先于其神经元 (Sciatic DRG neuron) 的中枢系统分支 (central branch) 损伤,则可以一定程度上促进中枢神经分支的再生,此现象称为Preconditioning lesion【1】。研究表明,坐骨神经损伤后,受伤部位的信号分子通过轴突被逆行运输到神经元胞体从而激活再生程序 (Pro-regenerative program) 和再生相关基因(Regeneration associated genes) 的表达进而启动轴突的再生【2-5】。此外,蛋白合成和代谢相关的信号通路调控同样是再生必不可少的【6-8】尽管最近的研究发现了一些再生相关调节因子,但是对轴突损伤后DRG神经元胞体内以及轴突内系统性的基因表达和信号通路模式的认识是非常有限的。

2020年8月10日,英国伦敦帝国理工学院Simone Di Giovanni团队(共同一作为孔贵萍周鲁明Nature Metabolism杂志上发表文章AMPK controls the axonal regenerative ability of dorsal root ganglia sensory neurons after spinal cord injury

首先研究人员对分离纯化的sciatic DRG的周围和中枢神经系统分支的轴浆进行了蛋白质组学 (Proteomics) 分析。Venny 分析表明sciatic DRG的周围和中枢分支的轴浆蛋白表达模式是显著差异的。GO和 KEGG 分析表明在损伤后,周围和中枢分支中富集的轴浆蛋白参与不同的信号通路。进一步的分析发现,在坐骨神经损伤后,其轴浆中的AMPK的α催化亚基的表达水平显著降低,但是在脊柱损伤后,AMPK的表达在Sciatic DRG 的中枢分支的轴浆中没有发生显著变化。随后的Western Blot 结果证实在坐骨神经的轴浆中AMPK的α1 催化亚基的表达是显著降低的,并且其在DRG神经元胞体中也显著降低,而α2亚基均没有变化。轴浆的Proteomics 和Sciatic DRG 的RNA sequencing 的整合数据分析表明AMPK 在坐骨神经损伤下调控神经再生以及代谢相关通路,因此推测AMPK 可能是一个调控轴突再生的潜在的重要靶点。

随后在脊柱损伤的情况下,研究人员利用AAV-Cre 条件性地在sciatic DRG 中敲除AMPKα1 ,发现神经元内一系列再生相关基因的表达水平显著提高。更重要的是,AMPK α1的敲除成功地启动并促使受损的感觉神经纤维再生并穿过受损部位。

为了研究在坐骨神经损伤下AMPK表达水平降低的分子机制,研究人员利用AMPKα免疫共沉淀和质谱分析方法,对富集的蛋白进行STRING network分析,发现蛋白酶体(Proteasome)的 19S 调节亚基中的PSMC5 和AMPKα1直接结合从而调控其表达。具体来说,坐骨神经损伤激活sciatic DRG 中的 CaMKIIα从而进一步激活PSMC5 导致蛋白酶体活性增加来促进AMPKα 的降解。

总体来讲,该研究建立了一个新的针对sciatic DRG周围和中枢神经系统分支中轴浆蛋白表达分析的数据库。该数据库对于发现在不同损伤模式下特异的分子和相关信号通路,以及在神经再生的调控方面有着重要的意义。更重要的是,这项研究发现AMPK 作为一个轴突再生的抑制因子,其敲除对脊柱损伤后的神经再生有着非常显著的促进作用,从而为治疗脊柱损伤提供了一个新的治疗靶点的可能性。

原文链接:https://doi.org/10.1038/s42255-020-0252-3

研究进展

罗元等用AI驱动的精准医学确定新型自闭症亚型

2020-8-11 0:20:35

研究进展

何万中团队原创性开发可克隆电镜标记技术实现细胞中的单分子定位

2020-8-11 0:21:38

加入Q群
0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
今日签到
有新私信 私信列表
搜索