研究介绍(节选)
γ-分泌酶是阿尔茨海默病(AD)病理学中的关键角色,因为它催化淀粉样前体蛋白(APP)加工的最后一步,导致神经毒性淀粉样β-肽(Aβ)的形成,Aβ是AD患者大脑中淀粉样斑块的主要成分。γ-分泌酶产生长度可变的Aβ,尤其是42和43个氨基酸的变体(Aβ42和Aβ43)易于形成神经毒性寡聚体。AD患者海马神经元中Aβ42的细胞内水平升高,在突触中蓄积,并与AD病理学相关。直接抑制γ-分泌酶作为AD的治疗策略是复杂的,因为除APP外,该酶还有大约100种不同的底物,包括Notch。重要的是,已证明Aβ是在突触处产生的,这是在突触前还是突触后发生的还存在争议。这种不确定性部分是由于确定突触亚结构所涉及的技术挑战。
在这里,作者使用了两种纳米技术STORM和STED显微镜的强大组合来可视化γ-分泌酶在神经元中的位置。作者发现γ-分泌酶存在于突触前和突触后区室。研究中,作者进一步表明该酶在突触后膜中非常接近突触间隙处富集,以及NMDA受体表明γ-分泌酶存在于突触后质膜。研究中,作者以高精度的数据显示了突触的三维位置,并解决了长期以来关于γ-分泌酶突触位置的争论。
研究结果(节选)
图1 通过dSTORM等分析小鼠原代海马神经元轴突、树突和棘中γ-分泌酶的定位。
(a)MAP 2染色(蓝色)、tau(绿色)和γ-分泌酶(红色)染色的周围轴突的放大树突的共焦图像。如图所示,在上部面板中显示各个污渍,而在下部面板中显示合并图像的不同组合。(b)树突特写中PS1和γ-分泌酶标记的共聚焦图像。箭头指向PS1和γ-分泌酶共染色的突触区域(黄色)。(c)树突特写中PS1和nicastrin标记的共聚焦图像。箭头指向突触区,同时染色的是nicastrin和γ-分泌酶(黄色)。(d)共焦图像相同的细胞的轴突与τ(a)染色在绿色上面板,γ-secretase红色中间面板和合并后的图像在底部面板。合并后的形象的插图显示了一个放大部分的MAP2(蓝色)。(e)结合共聚焦显微镜和STED显微镜(γ-分泌酶,中图)观察轴突结中活性γ-分泌酶的富集。底部面板中显示合并图像。(f)活性γ-分泌酶(红色)的dSTORM图像与明场图像重叠。注意棘上活性γ-分泌酶的富集。
图2 突触中γ-分泌酶的STORM成像
(a)活性γ-分泌酶在突触前区的定位显示γ-分泌酶(红色)和突触前标记突触囊泡蛋白(蓝色)。左上方的面板显示了典型的STORM图像,左侧为明场叠加,中间和右侧面板放大,右侧显示了单个突触区域。下图从三个不同角度显示了在3D视图中显示的相同突触,其中红色、绿色和蓝色线分别表示X、Y和Z方向。(b)活性γ-分泌酶在突触后区的定位,显示γ-分泌酶(红色)和突触后标记物PSD 95(蓝色)。左上方的面板显示了典型的STORM图像,位于左侧的明场覆盖图上,中间和右侧面板的放大倍数增加。下面板从三个不同角度显示了3D视图中显示的同一突触,其中符号中的红色、绿色和蓝色线分别表示X、Y和Z方向。
图3 γ-分泌酶在突触后质膜的定位
(a)STED图像显示γ-分泌酶(红色)非常靠近树突棘中的突触间隙(白色箭头)。突触素(蓝色)和PSD95(绿色)分别标记突触前和突触后侧。(b)γ-分泌酶(红色)和NMDAR 2B(绿色)的STORM成像。(c)与(b)中的右图相同的突触后膜区域从三个不同角度显示在3D视图中,其中红色、绿色和蓝色线分别表示X、Y和Z方向。
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参考文献
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