【摘 要】
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目的:肌萎缩性侧索硬化症(Amyotrophic lateral sclerosis,ALS)中 C9orf72 基因非编码区GGGGCC六核苷酸重复扩增目前被认为是ALS疾病的主要遗传性突变。GGGGCC重复序列可以通
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目的:肌萎缩性侧索硬化症(Amyotrophic lateral sclerosis,ALS)中 C9orf72 基因非编码区GGGGCC六核苷酸重复扩增目前被认为是ALS疾病的主要遗传性突变。GGGGCC重复序列可以通过非ATG依赖性翻译五种蛋白质,其中富含精氨酸的多聚脯氨酸-精氨酸(poly-PR)定位于核仁中,并且对细胞具有很强的毒性。但是,poly-PR引起细胞损伤的机制仍不清楚。因此,我们进行相关实验探讨poly-PR通过何种机制来引起细胞损伤。方法:我们使用构建的GFP-PR30(30个PR重复)质粒,GFP-PR30慢病毒以及FITC-PR20多肽处理HEK-293T细胞、U2OS细胞、SH-SY5Y细胞和小鼠原代皮层神经元来进行相关实验。使用免疫荧光和蛋白质免疫印迹观察poly-PR以及DNA损伤修复相关蛋白的表达及定位。乳酸脱氢酶(LDH)释放实验检测poly-PR对细胞的毒性作用。彗星实验检测poly-PR导致小鼠原代皮层神经元和U2OS细胞中DNA损伤程度。用免疫沉降法检测蛋白聚ADP-核糖聚合酶(PARP1)、聚ADP-核糖基化链(PAR)与poly-PR的相互结合。然后在U2OS细胞中加入过氧化氢(H2O2)诱导细胞DNA损伤,利用免疫荧光检测PAR的定位。接着用激光共聚焦显微镜对U2OS进行辐照,检测poly-PR对DNA损伤处肉瘤融合蛋白(FUS)的影响。同时我们还使用PAR水解酶抑制剂(PARGi)验证poly-PR引起DNA损伤的关键过程。利用免疫荧光检测先前构建的GFP-PR28转基因小鼠模型中运动皮层的DNA损伤程度。结果:我们发现poly-PR主要定位于核仁,并且在U2OS和原代皮层神经元中引起DNA损伤和细胞死亡。Poly-PR与PARP1和PAR在细胞核内共定位。Poly-PR会抑制DNA损伤依赖性的PARP1活化并且引起PAR在细胞核质分布比例的改变,从而抑制了修复蛋白FUS的招募,这条修复通路的抑制最终导致了神经元的死亡。使用PAR水解酶抑制剂(PARGi)能够明显抑制poly-PR导致的小鼠皮层神经元轴突断裂,并且在GFP-PR28转基因小鼠的运动皮层中出现了以γH2AX为标记的显著的DNA损伤。结论:Poly-PR引起神经元DNA损伤,并且通过抑制PARP1的活性、减少PAR的入核进而阻碍DNA损伤修复反应,最终引起细胞凋亡。使用PAR水解酶抑制剂(PARGi)可以有效阻断poly-PR导致的细胞死亡。
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