一种新的小鼠模型重现了tau蛋白的亚型特异性病理传播

【字体: 时间:2021年10月14日 来源:Brain

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  细川护太郎和他在东京都医学科学研究所的同事开发了一种新型的小鼠模型,该模型具有亚型特异性tau蛋白的传播。该模型概述了在阿尔茨海默病、皮质基底变性和匹克病中可见的异构体特异性tau病理特征。

  
   

Isoform-specific, seed-dependent tau accumulation in tau-fibril-injected Tau 3R/4R mouse    

图:将AD、CBD和PiD患者的Tau原纤维注射到Tau 3R/4R小鼠的大脑中,用3R Tau特异性抗体(上图)和4R Tau特异性抗体(下图)对Tau积累进行染色。AD原纤维注射小鼠出现3R和4R tau的积累,CBD原纤维注射小鼠只有4R tau而没有3R tau的积累,PiD原纤维注射小鼠只有3R tau而没有4R tau的积累。这些结果表明,异常的tau积累是在一个异构体特异性的,种子依赖的方式。


细川正人(前东京都市医学研究所首席研究员,福冈大学药学院),Masami Masuda-Suzukake, Hiroshi Shitara, Aki Shimozawa, Genjiro Suzuki, Hiromi Kondo, Takashi Nonaka, Masato Hasegawa (TMIMS)William Campbell (Telarray Diagnostics)和Tetsuaki Arai(筑波大学)报道了一种新的小鼠模型,在“大脑”中tau蛋白的亚型特异性传播。

如阿尔茨海默病(AD)、皮质基底变性(CBD)和匹克病(PiD)等牛变性病被认为是由于神经元和胶质细胞中tau蛋白的异常积累导致神经变性而导致痴呆。Tau蛋白分为两类:3R Tau蛋白在微管结合区域有3个重复,4R Tau蛋白在微管结合区域有4个重复。在AD中,3R和4R tau都是累积的;在CBD中,只有4R tau积累;而在PiD中,只积累了3R tau。这表明tau亚型的积累是每种疾病的特征。此外,据报道,这种病理在大脑中扩散,这种现象被称为“传播”。在阿尔茨海默病中,tau蛋白积累的位置和传播与临床症状之间存在相关性。为了阐明tau蛋白病变的病理机制和开发治疗药物,有必要培养能够准确复制特定tau蛋白病理的小鼠。

在过去产生的小鼠模型中,注射AD患者大脑不溶性部分的小鼠大脑能诱导4R tau的积累,而不能诱导3R tau的积累。英国的研究人员也未能诱导在PiD患者大脑的不溶部分中看到的3R tau的积累。其原因可能是人类和小鼠之间tau蛋白表达模式的差异。在人类,只有3R tau在胎儿大脑中表达,但后来3R和4R tau都表达。相比之下,野生型小鼠在胎儿和幼年大脑中仅表达3R tau蛋白,但在成年小鼠中几乎所有tau蛋白都被4R tau蛋白取代,这是一个主要区别。由于研究人员没有考虑到这些差异,到目前为止报道的研究未能复制疾病特征亚型的积累。因此,有必要开发与人类相同表达模式的tau小鼠。此外,之前报道的许多实验都使用了4R tau转基因小鼠,这被认为是研究人员无法诱导3R tau积累的原因。

首先,细川和他的同事创造了一种新的表达内源性6-isoform tau蛋白的小鼠,以克服先前注射tau蛋白的实验小鼠模型的不足。利用CRISPR-Cas9基因组编辑技术,他们成功地创造了一种新的小鼠(Tau 3R/4R小鼠),这种小鼠在成年小鼠中表达了生理上正常数量的3R和4R Tau(不是过度表达系统),就像在成年人类大脑中看到的那样。

接下来,细川护川和他的同事从AD、CBD和PiD患者的尸检大脑中提取了洗涤剂不溶性部分,并将这些部分中包含的tau原纤维注射到tau 3R/4R小鼠的纹状体中。注射9个月后,他们使用3R tau特异性和4R tau特异性抗体进行免疫组化染色,发现注射AD (3R+4R tau病)的小鼠显示内源性3R和4R tau积累,注射CBD (4R tau病)的小鼠只显示4R tau积累,而PiD (3R tau病)注射小鼠只积累3R tau蛋白。因此,他们复制了tau病理的亚型特异性、种子依赖的扩增(图)。通过免疫印迹的生化分析也证实了tau蛋白的异构体特异性、种子依赖性积累。

此外,在注射AD - tau原纤维的小鼠大脑中,磷酸化tau抗体(AT8)染色后,tau在注射部位纹状体的聚集病理随时间增加,tau聚集病理传播至大脑皮层。丘脑、杏仁核和其他直接与纹状体相连的区域。

最后,当对注射PiD tau原纤维的小鼠大脑进行详细检查时,观察到球状tau积累病理,而注射AD或CBD tau原纤维时没有观察到这种情况。这些与在PiD中观察到的Pick体非常相似。这是第一次在tau原纤维注射实验中重现pickbody样病理学。然而,这些夹杂物比Pick体略小。其原因是PiD tau原纤维注入后所经过的时间短于人类PiD中Pick体形成所需的时间。此外,注射PiD tau原纤维的小鼠大脑能够重现PiD病理特征。PiD中Tau蛋白的积累表现为Gallyas-Braak染色阴性和Tau蛋白的262丝氨酸磷酸化缺失,这些特征也被重现。

细川护太郎和他的同事们接下来研究了注射从AD患者身上提取的人tau蛋白后,小鼠tau蛋白积累的过程。注射后立即在同侧大脑检测到ad衍生tau蛋白,但随着时间的推移其降解,在注射后14天低于检测限。8个月后,发现异常tau蛋白积累增强。在这些小鼠中tau蛋白的异常积累被发现是由内源性tau蛋白组成的,推断注射的人tau蛋白已经越过物种屏障,将小鼠tau蛋白转化为异常形式,然后积累。

这个实验证实了以下prion-likeτ的属性:(1)异常τ有能力导致isoform-specific, seed-dependent聚合,(2)异常τ有能力传播,和(3)人类τ纤维注入大脑可以诱导内源性的积累鼠标跨物种的τ。细川护太郎和他的同事们认为,这种新的小鼠模型可以用来阐明tau蛋白传播的机制,并寻找抑制tau蛋白传播的药物。


DOI

10.1093 /大脑/ awab289

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