간 유래 단백질은 알츠하이머병 쥐의 뇌 세포를 보호하고 기억력을 향상시킵니다.

과학자들은 혈류의 단백질이 특정 뇌 세포에 어떻게 도달하는지 밝혀내고, 알츠하이머병의 초기 단계에서 이러한 의사소통이 불안정할 때 어떤 일이 일어나는지에 대한 새로운 질문을 제기합니다.

연구: 혈액-뇌 장벽은 알츠하이머병 모델 초기에 손상된 경로를 통해 다양한 신경 보호 단백질을 가져옵니다. 이미지 출처: 아틀라스 스튜디오 / Shutterstock

최근 저널에 발표된 연구에서 셀연구자들은 혈액에서 뇌로의 단백질 수송을 특성화하고 알츠하이머병 모델에서 그 변화를 확인했으며 간 유래 아포지단백질 A1의 신경 보호 효과를 조사했습니다.APOA1).

글래드스톤 연구소(Gladstone Institutes), 샌프란시스코 캘리포니아 대학교, 벅 노화 연구소(Buck Institute for Research on Aging), 미국 에모리 대학교의 과학자들은 홍콩 신경퇴행성 질환 센터 및 중국 홍콩 과학 기술 대학교와 협력하여 연구를 수행했습니다.

배경

뇌는 신체의 나머지 부분과 완전히 분리되어 있지 않습니다. 혈액뇌장벽(BBB) 중추신경계를 보호합니다 (중추신경계) 순환 물질의 유입을 제한하는 동시에 단백질 및 기타 필요한 물질의 통과를 조절합니다.

추정에 따르면 소분자 약물과 대부분의 생물학적 제제의 98% 이상이 BBB를 통과할 수 없는 것으로 나타났습니다. 이는 신경 장애 치료법 개발에 큰 어려움을 안겨줍니다.

최근 연구에 따르면 신경계 외부에서 생성된 단백질이 뇌 건강과 신경퇴행에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 그러나 BBB를 통해 운반되는 단백질과 그 기능은 아직 불완전하게 이해되어 있습니다. 이러한 수송 경로를 특성화하고 신경퇴행성 질환에서 이것이 어떻게 방해되는지를 규명하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다.

연구에 대하여

연구진은 뇌로 들어가는 순환 단백질을 식별하기 위해 생체직교 단백질체학 접근법을 개발했습니다. 알부민이 결핍된 쥐의 혈장 단백질은 트랜스사이클로옥텐(trans-cyclooctene)으로 표지되었습니다.TCO) 야생형 마우스에 6시간에 걸쳐 3회 정맥 주사했습니다.

뇌 조직을 수집하고 테트라진-PEG4-비오틴에 이어 스트렙타비딘 기반 농축을 사용하여 표지된 단백질을 포획했습니다. 액체 크로마토그래피-탠덤 질량 분석법을 사용하여 뇌 혈관 및 뇌 실질의 단백질을 식별했습니다. 이들 구획에서 검출된 단백질은 수송 패턴에 따라 분류되었습니다.

연구진은 또한 면역형광법, 유세포 분석법, 배양된 뇌 세포 및 단일 세포 리보핵산을 사용하여 단백질 흡수를 분석했습니다.RNA) 순서. 기능적 실험에서는 성상교세포에서 APOA1 매개 콜레스테롤 수송과 신경 시냅스 기능에 미치는 영향을 평가했습니다.

질병 관련 병리학적 변화를 연구하기 위해 저자는 야생형(건강한) 쥐, 지질다당류로 처리한 쥐, 18주령 수컷 5xFAD(알츠하이머병) 쥐를 비교했습니다. 그런 다음 그들은 아데노 관련 바이러스 혈청형 8을 사용하여 간 APOA1을 증가시켰습니다.AAV8) 벡터.

뇌 병리학, 염증, 시냅스 무결성 및 아밀로이드 침착물의 변화는 분자, 생화학 및 영상 기술을 사용하여 평가되었으며, 별도의 행동 테스트는 운동 활동 및 기억을 평가했습니다.

연구 결과

단백질체학 분석을 통해 뇌 혈관계와 상호작용하는 191개의 혈장 단백질이 확인되었습니다. 실험 조건 하에서 92명은 BBB를 통과하여 뇌 실질에 들어갔습니다. 나머지 99개 단백질은 뇌혈관에서만 검출된 반면, 670개 단백질은 BBB 상호작용이 검출되지 않았습니다.

운반된 단백질은 주로 간, 지방 조직 및 장에서 유래되었습니다. 여기에는 운반체 단백질, 단백질 결합 활성 조절제, 지질 및 탄수화물 대사에 관여하는 효소가 풍부했습니다. 이들의 수송은 더 높은 라이신 및 알파나선 함량을 포함한 특정 분자 특성과 연관되어 있습니다.

APOA1은 성상교세포에 우선적으로 축적되는 반면, 알파-1 항트립신(세르피나1) 주로 소교세포에 들어갔습니다. 헤모펙신(HPX) 및 알파-2-HS-당단백질(AHSG)은 뇌 혈관과 실질 조직에서도 발견되었습니다.

추가 실험에서는 스캐빈저 수용체 클래스 B 유형 1(SR-B1) 뇌 내피 세포에 의한 APOA1 흡수를 매개합니다. BBB를 통과한 후 APOA1은 성상교세포 ATP 결합 카세트 운반체 A1과 상호작용했습니다.ABCA1). 이 수용체 매개 핸드오프는 APOA1을 성상교세포로 유도하는 데 도움이 되었습니다.

APOA1 처리는 성상교세포 유전자 발현을 변경하여 콜레스테롤 유출 및 고밀도 지단백질 입자 조립과 관련된 경로를 상향 조절하는 동시에 지질 합성 및 저장과 관련된 경로를 하향 조절했습니다. 이는 성상교세포의 세포내 지질 수준을 감소시키고 성상교세포 조절 배지로의 콜레스테롤 방출을 증가시켰습니다.

ABCA1을 차단하면 APOA1 흡수와 배양된 성상교세포의 지질 조절 효과가 방지됩니다. APOA1 처리된 성상교세포에서 수집한 배지는 신경 콜레스테롤 수치, 시냅스후 밀도 단백질 95(PSD-95) 발현 및 수지상 척추 밀도는 향상된 시냅스 특성을 나타냅니다. 직접적인 APOA1 처리는 이러한 신경세포의 이점을 재현하지 못했으며, 이는 성상세포 매개 콜레스테롤 수송이 시냅스 효과에 기여했음을 나타냅니다. APOA1은 또한 지질이 없는 경우보다 더 많은 콜레스테롤 유출을 촉진하고 시냅스 마커를 더 효과적으로 보존했습니다. APOE4 세포 배양 실험에서 아밀로이드-베타 스트레스를 받는 상황. 한편, SERPINA1은 질병 관련 소교세포 상태를 촉진하고 실험 입자와 아밀로이드 베타 펩타이드의 식세포작용을 증가시켰습니다.

지질다당류에 의해 유발된 염증은 광범위하고 비특이적인 단백질 유입을 초래했습니다. 초기 단계의 5xFAD 마우스는 물리적 장벽을 광범위하게 파괴하지 않고 선택적 수송 변화를 보여주었습니다. APOA1 흡수는 특히 성상교세포에서 감소했고, SERPINA1 흡수는 미세아교세포에서 증가했습니다. 뇌 내피 세포의 SR-B1 감소와 성상교세포의 ABCA1 감소는 APOA1 전달 및 흡수 장애와 관련이 있었습니다.

APOA1의 증가가 뇌 기능을 향상시킬 수 있는지 조사하기 위해 연구자들은 5xFAD 쥐의 간에서 APOA1의 생산을 늘렸습니다. 치료 후 간, 혈액 및 뇌에서 APOA1 수준이 증가했습니다. 성상세포 지질 축적 및 신경교섬유성 산성 단백질(GFAP) 수치가 감소했고 뇌 인터루킨-1 베타도 감소했습니다.IL-1β) 농도. 뇌종양괴사인자-알파(TNF-α) 수준은 변하지 않았습니다. 가용성 혈관 아밀로이드-베타 42(Aβ42) 수준과 해마 치아이랑 플라크 부담도 감소했지만, 다른 검사 영역의 수용성 실질 아밀로이드-베타 및 플라크 부담은 변하지 않았습니다. 해마와 피질의 시냅스 밀도가 증가했습니다.

행동 평가에서는 과잉 행동이 감소하고 새로운 팔에 대한 선호도가 향상되어 공간 기억력이 향상되었음을 나타냅니다. 새로운 사물에 대한 선호도는 향상되었으나, 새로운 장소에 대한 인식은 크게 변하지 않았습니다.

결론

이번 연구 결과는 BBB가 특정 뇌 세포 집단에 순환하는 단백질을 전달하는 능동 수송 인터페이스임을 입증했습니다. 이러한 경로의 선택적 중단은 5xFAD 알츠하이머병 마우스 모델 초기에 발생하여 신경 보호 APOA1의 전달 및 세포 흡수를 감소시킵니다.

간에서 유래된 APOA1 생산의 증가는 뇌에서의 가용성을 높이고, 성상교세포의 지질 항상성을 개선하고, 선택된 염증 및 아밀로이드 관련 이상을 감소시키고, 시냅스 밀도를 증가시키며, 생쥐의 일부 행동 결과를 개선했습니다.

이러한 발견은 간-혈장-뇌 APOA1 경로를 잠재적인 치료 표적으로 확인합니다. 그러나 이러한 메커니즘과 치료 효과가 인간 및 기타 신경 장애로 전환되는지 여부를 확인하려면 추가 조사가 필요합니다.

단백질체학 화면에서는 일부 단백질이 누락되었을 수 있으며, 살아있는 생쥐에서 성상교세포 ABCA1의 역할과 진행된 질병 단계에서 APOA1 치료의 효과는 여전히 불확실합니다.