PSEN1 ΔE9突变体来源的NPC细胞外囊泡可调节脑类器官中的神经及代谢基因表达程序

《Acta Neuropathologica Communications》：PSEN1 ΔE9 NPC-derived extracellular vesicles modulate neural and metabolic gene programs in brain organoids

　　

摘要

细胞外囊泡逐渐被認為是神经退行性疾病中细胞间通讯的关键介质，但它们在阿尔茨海默病相关分子变化中的作用机制仍不甚明了。神经前体细胞因其增殖和分化功能受损会妨碍神经发生和大脑修复，因而尤为重要。为研究细胞外囊泡如何影响这些过程，我们通过尺寸排阻色谱法从携带阿尔茨海默病相关PSEN1 ΔE9突变的诱导多能干细胞衍生的神经前体细胞以及同源对照细胞中分离出细胞外囊泡。这些囊泡通过纳米粒子追踪分析、冷冻透射电子显微镜、免疫印迹试验以及基于液相色谱-串联质谱的蛋白质组学方法进行表征。我们还通过转录组分析评估了它们对诱导多能干细胞衍生脑类器官的影响。阿尔茨海默病相关的神经前体细胞产生的细胞外囊泡显示出更强的6E10反应性Aβ相关信号，并含有PZP、ALPL、POSTN、APOC3和转铁蛋白等与阿尔茨海默病相关的蛋白质特征。将这类细胞外囊泡应用于健康脑类器官后，会导致转录组发生变化，这些变化与阿尔茨海默病脑类器官的转录组特征有部分重叠，表现为发育相关基因和突触相关基因表达的改变以及代谢途径的下调。同时，在海马体外通量检测中，PSEN1 ΔE9突变型的神经前体细胞表现出氧化磷酸化和糖酵解能力下降，而经该细胞外囊泡处理的脑类器官在转录组水平上也显示出三羧酸循环和糖酵解途径的活性降低。综上，我们的研究结果表明，由神经前体细胞产生的经尺寸排阻色谱法富集的细胞外囊泡含有与阿尔茨海默病相关的分子特征，这些特征可能影响受体脑类器官中的发育相关、突触相关及代谢相关基因的表达，从而为了解阿尔茨海默病中的细胞间通讯提供线索。