Fars2基因功能缺失导致星形胶质细胞线粒体功能障碍及其相关机制研究

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目的:FARS2基因能够编码线粒体苯丙氨酰t RNA合成酶,属于线粒体氨酰t RNA合成酶,控制t RNA及其同源氨基酸结合,从而在翻译起始发挥重要作用。在本课题组的前期研究工作中,体外验证Fars2基因突变能够引起小鼠大脑神经元的改变,包括神经元的数量、轴突长度、存活量、以及活性氧的含量。并且观察到Fars2基因在小鼠星形胶质细胞中的表达水平要高于其在神经元细胞中的表达。因此研究Fars2基因对星形胶质细胞功能的影响及细胞内机制的改变是我们研究Fars2基因的重要课题。方法:本课题构建含有FARS2基因的载体,通过亚细胞定位技术,研究FARS2基因在细胞中定位,证实FARS2基因突变体能够定位于线粒体中,进一步研究基因突变与线粒体的关系;分析Fars2基因在小鼠的神经元和星形胶质细胞中的表达,研究其表达规律;分析Fars2基因突变导致星形胶质细胞功能障碍引起的异常机制,包括线粒体功能、炎症因子变化等;进一步验证星形胶质细胞功能障碍对神经元活性的影响。结果:1.Fars2基因在小鼠大脑皮层星形胶质细胞中高表达,Fars2基因编码的蛋白在线粒体中表达,Fars2基因纯合突变后仍表达于线粒体中。2.sh RNA-Fars2可以导致大脑皮层星形胶质细胞功能障碍,包括GFAP蛋白表达量下降、细胞凋亡与自噬增加、炎症因子表达量改变、c GAS-STING通路受到抑制。3.sh RNA-Fars2可以导致线粒体功能发生障碍,包括线粒体形态嵴发生断裂、ROS的上升、ATP含量下降、线粒体拷贝数改变及氧化呼吸链复合物改变、线粒体动力学稳态失衡。4.构建神经元与星形胶质细胞共培养体系分析星形胶质细胞对神经元的影响,当星形胶质细胞内的Fars2基因敲低后,能够通过影响神经元的活性、细胞内ROS的变化以及神经元的凋亡影响神经元的正常功能。结论:Fars2基因纯合突变能够导致星形胶质细胞线粒体功能障碍,进而影响神经元的功能;维持星形胶质细胞的正常生理功能有望成为治疗神经系统疾病的靶点。
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