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环指蛋白RNF43特异性调控髓鞘损伤后少突胶质细胞的成熟再生

2021-09-24     来源:本站     点击次数:535

陆军军医大学牛建钦、加州大学旧金山分校Stephen Fancy团队联合揭示环指蛋白RNF43特异性调控髓鞘损伤后少突胶质细胞的成熟再生



本文作者:牛建钦 教授

陆军军医大学

迄今为止,因髓鞘再生障碍而导致永久性脑白质损伤仍然是神经科学领域中未能解决的难题之一。比如在多发性硬化症、新生儿脑白质损伤等髓鞘再生障碍的疾病中,本该进入分化周期、进行髓鞘再生的少突胶质前体细胞(Oligodendrocyte precursor cell,OPC)受到抑制,不能进入分化过程。
长期以来,人们对髓鞘再生障碍性疾病中OPC分化机制的研究,主要借助对发育中OPC调控模式的观察,并认为再生是发育的“重演”。然而,在促进疾病中OPC分化成熟、髓鞘再生中的失败经验,使得人们越来越清晰地意识到:发育和再生可能具有不同的调控机制

 

    2021年8月13日,陆军军医大学(原第三军医大学)牛建钦 教授 与加州大学旧金山分校Stephen Fancy教授团队联合在Neuron上在线发表题为 Oligodendroglial Ring Finger Protein Rnf43 is an essential injury specific regulator of oligodendrocyte maturation 的研究论文。

    该论文利用多发性硬化症患者和新生儿脑白质损伤的脑组织样本,结合多种利用条件敲基因小鼠建立的髓鞘损伤模型和在体持续性给药系统等技术模型,鉴定出环指蛋白RNF43是一种仅在髓鞘再生中发挥作用的少突胶质细胞谱系特异性分子

RNF43的表达受OPCWnt信号通路激活的调控,可标记患者脑内损伤部位激活的OPC。通过对RNF43作用机制的探索,发现RNF43可促进OPC细胞膜上Wnt信号受体Frizzled1(FZD1)的下膜,反馈性抑制Wnt通路的激活,调控OPC的分化成熟。同时,进一步针对FZD1的药物干预能够有效促进髓鞘再生。

E3泛素连接酶环指蛋白 RNF43(Ring finger protein 43)最早发现于小肠的干细胞中,与其功能互补的锌环指蛋白ZNRF3一道,既受Wnt信号通路的表达调控,又使Wnt信号Frizzled受体下膜,经泛素化降解后,以负反馈的方式抑制Wnt通路的过度激活。
在人髓鞘损伤相关疾病和动物模型中,OPC的Wnt信号通路异常激活,在这些样本中,发现RNF43仅表达于髓鞘损伤内的OPC,且表达量随损伤和Wnt通路的激活而升高(图2)。与RNF43功能相似互补的ZNRF3却没有上述表达特点。



图2 人疾病样本和动物模型中RNF43的表达特点

 

通过对比RNF43ZNRF3在不同髓鞘损伤模型中的作用,作者证实RNF43仅对损伤再生过程中的OPC分化成熟有效应,而在发育过程中作用有限(图3);而ZNRF3对发育和再生都无作用。提示RNF43可能是髓鞘再生中,调控OPC分化的特异分子。


图3 RNF43在发育和再生中的不同作用



    目前,虽然对Wnt通路在髓鞘发育和再生中的作用早有见地,但对少突胶质细胞谱系的Wnt信号受体却鲜见报道。

在该论文中,作者利用细胞膜分离技术,发现OPC细胞膜上表达有FZD1、FZD2、FZD6和FZD9受体,但只有FZD1会受RNF43的调控,并进一步通过Co-IP与细胞学实验证实,RNF43与FZD1的结合,引起FZD1下膜,定位于细胞质内(图4)



图4 受RNF43调控的FZD1表达特点

 

    鉴于RNF43对FZD1的调控作用,作者进一步探究了药物抑制FZD1是否可以促进髓鞘的再生。通过直接给药、微量注射泵(Osmotic mini-pump)植入给药等方法,作者在OPC培养模型、脑片培养模型、溶血卵磷脂诱导的髓鞘损伤模型中,给予FZD1选择抑制性多肽UM206处理,证实UM206可以有效降低OPC的Wnt信号通路激活水平,促进OPC分化成熟和髓鞘再生(图5)


图5 UM206促进OPC分化及髓鞘再生

综上所述,该研究证实了髓鞘发育和再生中OPC分化的不同调控方式;发现RNF43是调控髓鞘再生中OPC分化的特异分子;同时也揭示了RNF43的作用机制和可能的药物作用靶点。

    在论文方法部分,作者主要使用OLYMPUS FV3000激光扫描共聚焦系统进行多色荧光标记样品成像,展现不同荧光信号间准确的定位关系。 

 


 


FV3000采用奥林巴斯独有的体相位全息透射光栅(VPH)专利技术,更高的光效率,光谱分辨率2nm,分光精度1nm,可实现4通道同步光谱扫描成像功能,确保多色荧光标记的样品中每一种荧光信号的准确可靠,同时去除生物体内自发荧光对标记信号的干扰。
 


奥林巴斯采用创新透镜打磨技术创造的翼系列和曜系列物镜,同步提升NA数值孔径、平场性和色差校正这三项评价物镜性能的核心参数获得最优光学性能,满足不同类型实验需求,提升显微图像整体质量,确保分析数据准确可靠。

    陆军军医大学 牛建钦 教授 为本文第一作者。牛建钦 教授 和 加州大学旧金山分校 Stephen Fancy 教授(lead contact)为本文共同通讯作者。

 

参考文献:

1.Franklin, R.J.M. and C. Ffrench-Constant, Regenerating CNS myelin - from mechanisms to experimental medicines. Nat Rev Neurosci, 2017. 18(12): p. 753-769.

2.Chang, A., et al., Premyelinating oligodendrocytes in chronic lesions of multiple sclerosis. N Engl J Med, 2002. 346(3): p. 165-73.

3.Fancy, S.P., et al., Myelin regeneration: a recapitulation of development? Annu Rev Neurosci, 2011. 34: p. 21-43.

4.Koo, B.K., et al., Tumour suppressor RNF43 is a stem-cell E3 ligase that induces endocytosis of Wnt receptors. Nature, 2012. 488(7413): p. 665-9.

5.Fancy, S.P., et al., Parallel states of pathological Wnt signaling in neonatal brain injury and colon cancer. Nat Neurosci, 2014. 17(4): p. 506-12.

6.Laeremans, H., et al., Blocking of frizzled signaling with a homologous peptide fragment of wnt3a/wnt5a reduces infarct expansion and prevents the development of heart failure after myocardial infarction. Circulation, 2011. 124(15): p. 1626-35.



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