P-eif2α在家族性肌萎缩侧索硬化模型hSOD1G93A转基因小鼠腰髓中的表达变化

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目的:肌萎缩侧索硬化(AmyotrophicLateralSclerosis,ALS)是最常见的运动神经元病,它以皮层、脑干以及脊髓的运动神经元的进展性变性为特征,导致肌萎缩、瘫痪,最终因呼吸肌功能障碍而死亡。大约5%-10%的ALS是遗传性的(家族性),大多数是散发的ALS。研究证实基因突变与ALS的发病相关,SOD1是第一个被认知的突变基因,在家族性的ALS中,大约10%-20%与SOD1的突变有关。表达人突变SOD1基因的转基因小鼠的临床以及病理表现与人ALS极为相似,因此建立了许多表达人突变SOD1的转基因小鼠模型,其中hSOD1G93A转基因小鼠应用最广泛,是国际上公认的ALS的动物模型,用来阐述ALS的发病机制以及作为临床药物研究的动物模型。作为一个多因素作用的疾病,除了基因突变外,蛋白的错误折叠以及聚集、谷氨酸兴奋毒性、神经炎性、氧化应激和线粒体的功能障碍、细胞骨架异常以及轴浆运输缺陷等也参与ALS的发病。近年来,内质网应激作为ALS一个新的发病机制,被深入研究。   内质网作为分泌路径中一个重要的细胞器,参与了蛋白质的合成、折叠和翻译后修饰,还参与脂类代谢、钙的存储,同时将这些合成与修饰后的蛋白质运输到其他细胞器。内质网内蛋白折叠能力下降、钙平衡紊乱都会引起内质网应激(endoplasmicreticulumstress,ERS)。在hSOD1G93A转基因小鼠中,突变SOD1基因表达突变的SOD1蛋白,突变的SOD1蛋白易于在内质网腔内聚集以及形成包涵体,引起内质网应激。其主要通过未折叠蛋白反应(unfoldedproteinresponse,UPR)和内质网相关降解(endoplasmicreticulumassociateddegradation,ERAD)途径清除突变的SOD1,减轻内质网负荷,恢复内质网稳态。若不能及时清除突变SOD1,SOD1突变蛋白大量聚集,则会引起细胞凋亡。UPR表现为PEKR通路、IRE1通路、ATF6通路的激活。其中PERK作为第一个被激活的信号通路,在ALS的发病机制中具有重要作用。   本实验以hSOD1G93A转基因小鼠为研究对象,以p-eif2α作为PERK通路激活的靶点,通过观察其在hSOD1G93A转基因小鼠腰髓中的变化,来研究在hSOD1G93A转基因小鼠腰髓中是否存在PERK通路的激活,进而探究内质网应激在ALS发病机制中的作用。   方法:   1.动物模型的获得与分组   以B6SJL-TG(SOD1-G93A)1Gur/半合子雄鼠与B6SJLF/F1/J+/+雌鼠交配,获取其子代小鼠,剪尾提取DNA,进行hSOD1G93A基因的PCR反应,鉴定出含hSOD1G93A基因的阳性小鼠和不含该基因的阴性小鼠。   将hSOD1G93A转基因小鼠分为:28天组(出生后28天)、35天组(出生后35天)、49天组(出生后49天)、63天组(出生后63天)、症状早期组(出生后约90天,2分)、终末期组(出生后约120天,5分)。症状早期组和终末期组均按照SnowRJ评分标准来评估。每组各3只,均设立同窝同年龄对照。   2.观察hSOD1G93A转基因小鼠脊髓中p-eif2α的变化   2.1.蛋白免疫印迹法(Westernblot)   将各组hSOD1G93A转基因小鼠(Tg)和对照小鼠(control)用4%的水合氯醛腹腔注射麻醉后,新鲜取出小鼠腰段脊髓,-80℃保存备用。提取腰段脊髓总蛋白,通过Westernblot方法测定p-eif2α在hSOD1G93A转基因小鼠不同时期的表达。   2.2.免疫荧光化学染色   将各组hSOD1G93A转基因小鼠(Tg)和对照小鼠(control)用4%的水合氯醛腹腔注射麻醉后,用4%的多聚甲醛固定,取出腰段脊髓,浸泡于4%多聚甲醛中备用。冰冻切片,每片厚20μm。通过免疫荧光化学染色观察p-eif2α的表达。   2.3.免疫组织化学染色   将各组hSOD1G93A转基因小鼠(Tg)和对照小鼠(control)用4%的水合氯醛腹腔注射麻醉后,用4%多聚甲醛固定,取出腰段脊髓,浸泡于4%多聚甲醛中备用。震动切片,每片厚25μm。用免疫组织化学染色方法观察p-eif2α在不同时期的表达变化。   结果:p-eif2α的Westernblot、免疫荧光化学染色和免疫组织化学染色结果显示:在hSOD1G93A转基因小鼠不同时期腰髓中均有内质网应激的发生,主要表达于前角运动神经元,但程度不同。1.p-eif2α在Tg组症状早期表达增多,且最为显著,终末期次之,但均较其他各组以及control组增多;2.p-eif2α在Tg组以及control组表达均位于脊髓前角运动神经元的胞浆中,不同时期表达不同,以症状早期Tg组胞浆中的表达最多;3.在Tg组随着疾病的进展脊髓运动神经元胞浆着色变深,胞核无着色,以症状早期组最为显著,在症状早期后组织出现空泡化,运动神经元皱缩,数目减少,control组运动神经元p-eif2α表达也位于胞浆,不同时期着色没有明显差异,且在症状早期以及终末期control组中未见到运动神经元的皱缩以及数目的明显减少。   结论:内质网应激在hSOD1G93A转基因小鼠不同时期腰髓中均有发生,但以症状早期以及终末期最为明显,且主要发生在腰髓的前角运动神经元中,从而证实PERK通路的激活,揭示了内质网应激参与了ALS的发病。
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