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Presenilin 2 (PSEN2) 是一種跨膜蛋白，是 γ-分泌酶復(fù)合體的一個關(guān)鍵組成部分。γ-分泌酶在多種細(xì)胞過程中發(fā)揮重要作用，包括 β-淀粉樣蛋白(Aβ) 的生成、Notch 信號通路的調(diào)節(jié)以及多種其他蛋白質(zhì)的剪切。PSEN2 基因突變與家族性阿爾茨海默病 (FAD) 的發(fā)生密切相關(guān)。

基于此，2024年11月29日，比利時VIB腦與疾病研究中心Wim Annaert研究團(tuán)隊(duì)在Nature communications雜志發(fā)表了“Altered expression of Presenilin2 impacts endolysosomal homeostasis and synapse function in Alzheimer’s disease-relevant brain circuits”揭示了Presenilin2表達(dá)改變影響阿爾茨海默病相關(guān)腦回路中的內(nèi)溶酶體穩(wěn)態(tài)和突觸功能。

作者探索了PSEN2表達(dá)的改變?nèi)绾斡绊懺诖菩訟PP敲入小鼠中觀察到的淀粉樣變、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-溶酶體異常和突觸功能障礙。證明PSEN2基因敲除以及與FAD相關(guān)的N141IKI突變加速了雌性小鼠中與AD相關(guān)的病理，這兩個模型都顯示出工作記憶的缺陷，與海馬CA3區(qū)域PSEN2表達(dá)的增加有關(guān)。APPxPSEN2KO和APPxFADPSEN2小鼠與APPKI小鼠相比，長時程增強(qiáng)（LTP）受損。在細(xì)胞水平上，PSEN2表達(dá)的改變導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-溶酶體缺陷和突觸蛋白表面表達(dá)的降低。作者提出PSEN2影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-溶酶體穩(wěn)態(tài)，影響AD相關(guān)易損大腦回路中的突觸信號，這可能解釋突變PSEN2如何加速AD病理進(jìn)程。

圖一 PSEN2缺乏癥和PSEN2 N141I敲入都在APPKI模型中加速AD病理進(jìn)程

作者研究改變的Aβ特征如何影響淀粉樣變病理。與APPKI小鼠相比，APPxPSEN2KO和APPxFADPSEN2在9月齡時皮質(zhì)和海馬區(qū)的斑塊沉積都有所增加，到18月齡時斑塊面積明顯更大。然而，仍然觀察到明顯的差異：在6月齡時，APPxFADPSEN2的斑塊病理更高，而在APPxPSEN2KO中，這只有在9月后才出現(xiàn)。在皮質(zhì)中，APPxFADPSEN2的斑塊沉積早在3月齡時開始。此外，APPxPSEN2KO小鼠主要顯示出更大的斑塊，而APPxFADPSEN2有更多的斑塊。APPxPSEN2KO斑塊顯示一個較大Aβ光暈圍繞著密集的核心，而APPxFADPSEN2則呈現(xiàn)出一個較小的纖維狀A(yù)β光暈，主要與核心重合，可能與PSEN2 N141I突變引起的Aβ42轉(zhuǎn)變有關(guān)，反映了與APPKI相比，兩種基因型之間不同的Aβ特征和改變的聚集特性。在APPxFADPSEN2小鼠的海馬和皮質(zhì)中，與APPKI相比，LAMP1免疫染色在3月齡時增加，先于斑塊病理。透射電子顯微鏡結(jié)果表明，與APPKI相比，APPxPSEN2KO和APPxFADPSEN2中降解室的積累更大。總的來說，PSEN2KO和FADPSEN2都加速了APPKI小鼠的斑塊病理，但對斑塊形態(tài)和營養(yǎng)不良神經(jīng)突起的積累有不同的影響，指向可能由改變的γ-分泌酶處理性和iAβ池組成驅(qū)動的不同機(jī)制。

圖二 PSEN2缺陷和家族性阿爾茨海默病相關(guān)突變PSEN2導(dǎo)致工作記憶缺陷

由于APPxPSEN2KO和APPxFADPSEN2都顯示出加劇的AD病理，作者對六月齡的小鼠進(jìn)行了行為和記憶測試。雖然24小時內(nèi)的晝夜節(jié)律保持不變，但活動水平有顯著差異。與野生型和APPKI小鼠相比，APPxPSEN2KO小鼠表現(xiàn)出活動減少，而APPxFADPSEN2小鼠在夜間表現(xiàn)出活動增加。在使用曠場、高架十字迷宮和社交偏好/社交新奇性（SPSN）測試評估運(yùn)動或社會記憶時，各基因型之間沒有觀察到差異。各基因型之間的學(xué)習(xí)和空間記憶沒有顯著差異。使用延遲匹配到平臺（DMTP）測試工作記憶，發(fā)現(xiàn)APPKI小鼠只在最后一次游泳時顯示出顯著減少，表現(xiàn)出工作記憶的早期缺陷。APPxPSEN2KO和APPxFADPSEN2小鼠與野生型和APPKI小鼠相比，工作記憶受損更早且更嚴(yán)重。

圖三 改變PSEN2表達(dá)對突觸功能和神經(jīng)元內(nèi)溶酶體穩(wěn)態(tài)的影響

突觸是高度活躍的區(qū)域，嚴(yán)重依賴內(nèi)溶酶體系統(tǒng)來適當(dāng)降解、回收和運(yùn)輸突觸受體。先前的研究表明，Aβ42優(yōu)先集中在晚期內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/溶酶體（LE/Lys）中，影響它們的完整性。此外，γ-分泌酶底物APP β-CTF的異常水平會導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到溶酶體的功能障礙，在APP和PSEN1突變以及唐氏綜合癥中都有觀察到。為了探索PSEN2 AD模型中APP片段在LE/Lys中的積累，進(jìn)行了共免疫染色。與APPKI小鼠相比，在APPxPSEN2KO和APPxFADPSEN2小鼠的海馬神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)更多的82e1/Y188陽性LE/Lys，表明APP片段積累。WB分析也揭示了APPxPSEN2KO和APPxFADPSEN2神經(jīng)元中APP-CTFs水平更高。APP片段的免疫染色不僅限于LE/Lys，表明在其他內(nèi)質(zhì)網(wǎng)區(qū)域也有積累?？傊?，APPxPSEN2KO和APPxFADPSEN2神經(jīng)元都表現(xiàn)出明顯且不同的APP片段積累，這可能會破壞內(nèi)溶酶體穩(wěn)態(tài)。PSEN2 表達(dá)的改變干擾了內(nèi)溶酶體系統(tǒng)的正常功能。具體表現(xiàn)為內(nèi)溶酶體的酸化程度降低、溶酶體酶活性下降以及自噬流受損。內(nèi)溶酶體穩(wěn)態(tài)的失調(diào)可能影響蛋白質(zhì)降解和細(xì)胞廢物清除，從而加劇神經(jīng)退行性病變。PSEN2 表達(dá)的改變不僅影響突觸功能，還導(dǎo)致神經(jīng)元內(nèi)溶酶體穩(wěn)態(tài)的失調(diào)。這些變化在阿爾茨海默病相關(guān)腦回路中引發(fā)一系列病理變化，包括認(rèn)知功能下降和神經(jīng)退行性病變。

總結(jié)

與更常見的突變PSEN1和APP基因相比，PSEN2在AD發(fā)病機(jī)制中的研究較少。作者的研究表明，PSEN2KO和FADPSEN2對淀粉樣變病理和內(nèi)溶酶體系統(tǒng)有著類似的有害影響，隨后影響了突觸信號傳遞。PSEN2缺乏加劇了淀粉樣變病理，這表明PSEN2表達(dá)可能在AD中具有保護(hù)作用。PSEN2 表達(dá)的改變不僅影響晚期內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/溶酶體系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，還導(dǎo)致突觸功能障礙，從而在阿爾茨海默病相關(guān)腦回路中引發(fā)一系列病理變化。這些發(fā)現(xiàn)為理解 PSEN2 在阿爾茨海默病發(fā)病機(jī)制中的作用提供了新的視角，并為開發(fā)新的治療策略提供了潛在的靶點(diǎn)。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41467-024-54777-y

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