Purα修复GGGGCC六核苷酸重复扩增非编码RNA介导的神经细胞毒性

摘要

肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）都是神经退行性疾病，均呈渐进性发展最终导致瘫痪或死亡，在临床表现、遗传特征以及病理特征等方面都具有很大的重叠性。ALS/FTD患者的9号染色体开放阅读框72基因（C9ORF72）的非编码区存在大量的 GGGGCC六核苷酸重复扩增，且 GGGGCC六核苷酸重复扩增是ALS/FTD最常见的遗传病因。然而其具体的发病机制至今不明。已有研究发现GGGGCC六核苷酸重复扩增抑制下游基因转录，且 GGGGCC六核苷酸重复扩增非编码RNA(r(GGGGCC)n)可导致神经退行性变。
　　本研究的目的是进一步探讨GGGGCC六核苷酸重复扩增突变对神经元的损伤作用及其可能的机制。构建野生型质粒pEGFP-(GGGGCC)3（3个六核苷酸重复片段）和突变型质粒 pEGFP-(GGGGCC)30（30个六核苷酸重复片段）。将pEGFP-N1（空载体），pEGFP-(GGGGCC)3，pEGFP-(GGGGCC)30三种质粒分别转染到小鼠成神经瘤细胞株(N2a）48h， MTT实验结果显示：pEGFP-(GGGGCC)30组细胞活性最低，另外两组没有明显差异；采用免疫荧光染色显示细胞内生长相关蛋白（微管相关蛋白2microtubule associated protein2， MAP2）阳性表达，并对阳性细胞突起的数量及长度进行定量分析发现， pEGFP-(GGGGCC)30转染组细胞突起最短，突起数量也最少，pEGFP-(GGGGCC)3转染组和pEGFP-N1转染组无明显差异。免疫印迹技术发现三组细胞的细胞周期依赖的蛋白激酶5（CDK5）和MAP2总的蛋白水平没有变化，而突变组的CDK5活性（Phospho-Tyr15-cdk5）明显增加，生长发育相关蛋白MAP2的Ser136磷酸化水平（Phospho-Ser136-MAP2）也明显增加。说明突变组pEGFP-(GGGGCC)30细胞可能通过激活CDK5，使MAP2磷酸化，导致细胞毒性。
　　多种寡核苷酸重复扩增是通过富集RNA结合蛋白（RBPs）介导神经退行性变，且富集的 RNA结合蛋白的主要成分是嘌呤丰富单链 DNA结合蛋白 alpha（Purα），从而干扰Purα的正常功能。为探讨Purα对r(GGGGCC)n介导的神经毒性的影响，在N2a细胞中过表达 Purα，比较 control（不转染组），EV（Purα的空载 pcDNA3.1）+pEGFP-N1，EV+ pEGFP-(GGGGCC)30，Purα+ pEGFP-(GGGGCC)30四组细胞活力，突起生长和 MAP2蛋白含量和活性的变化（由于在一系列实验研究中pEGFP-(GGGGCC)3组与空载体pEGFP-N1组结果都没有明显差异。所以后续研究去除了pEGFP-(GGGGCC)3实验组）。结果发现，过表达Purα可以明显升高突变型pEGFP-(GGGGCC)30细胞活力，抑制CDK5的活性，并且减少MAP2Ser136位点的磷酸化，说明过表达 Purα可以修复 GGGGCC六核苷酸重复扩增序列介导的细胞毒性。我们的研究表明 GGGGCC六核苷酸重复扩增可以通过激活CDK5导致N2a细胞的MAP2发生过度磷酸化，抑制细胞突起生长，过表达Purα可抑制这种细胞毒性。为进一步研究两种疾病的治疗方法奠定了一定的理论基础。

目录

声明

前言

材料和方法

1.常用试剂

2.实验主要仪器和设备

3.细胞培养及处理

4.MTT检测细胞活性

5.细胞免疫荧光

6.免疫印迹

7.统计学分析

结果

1. GGGGCC六核苷酸重复扩增突变非编码RNA导致细胞毒性

2.r(GGGGCC)30对神经发育相关蛋白的影响

3.过表达Purα修复r(GGGGCC)30介导的神经细胞毒性

4.过表达Purα对神经发育相关蛋白的影响

讨论

参考文献

综述:ALS的分子病理机制研究进展

致谢