小鼠突觸小泡組學揭示衰老與突觸核蛋白病的分子特征

《Nature Communications》:Synaptic vesicle-omics in mice captures signatures of aging and synucleinopathy

【字體: 時間:2025年05月03日 來源:Nature Communications 14.7

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  為解決突觸小泡(SV)在衰老和α-突觸核蛋白(αSyn)相關疾病中的變化機制問題,研究人員通過超微結構、蛋白質組學和脂質組學系統分析了野生型、αSyn敲除(αSynKO)及表達人類αSyn(αSynBAC)小鼠的SV。研究發現αSyn缺失或表達均導致突觸結構異常和脂質代謝紊亂,揭示了αSyn功能喪失在突觸功能障礙中的關鍵作用,為帕金森病等突觸核蛋白病的機制研究提供了新視角。

  

突觸是神經細胞間傳遞信號的關鍵結構,突觸小泡(SV)通過釋放神經遞質完成這一過程。α-突觸核蛋白(αSyn)與SV功能密切相關,其異常聚集是帕金森。≒D)等突觸核蛋白病的病理標志。然而,SV在衰老和疾病中的動態變化仍不清楚,且αSyn功能喪失與毒性增益的貢獻存在爭議。為此,Weill Cornell Medicine等機構的研究人員通過多組學分析,揭示了SV在衰老和αSyn驅動疾病中的特異性改變,相關成果發表于《Nature Communications》。

研究采用電子顯微鏡(EM)觀察突觸超微結構,結合蔗糖密度梯度離心分離SV亞群,利用定量質譜(TMT標記)和脂質組學(LC-MS/MS)分析蛋白質和脂質變化。實驗選取1、3、10月齡的野生型(WT)、αSyn敲除(αSynKO</sup)和表達人類αSyn(αSynBAC)小鼠,聚焦紋狀體和黑質區域。

行為表型與病理分析
αSynA53T和αSynL61小鼠因αSyn過表達出現早期運動障礙,而αSynBAC小鼠模擬人類表達模式,10月齡時出現漸進性運動缺陷和αSynpS129病理沉積。αSynKO小鼠同樣表現運動異常,提示αSyn功能喪失的病理貢獻。

突觸超微結構變化
WT小鼠突觸結構隨年齡保持穩定,而αSynKO和αSynBAC小鼠突觸終末面積減小,活性區長度縮短,?縎V減少。αSynBAC小鼠還表現出SV簇密度增加,提示αSyn異常導致突觸空間重組。

SV亞群與蛋白質組學
αSynKO小鼠游離SV比例升高,而αSynBAC小鼠SV簇增加。蛋白質組學發現年齡相關的ATP8A1(磷脂翻轉酶)和突觸結合蛋白(synaptotagmin)上調,αSynKO中突觸素(synapsin)和vATP酶亞基(VOd1/V1F1)變化與αSynBAC呈相反趨勢,表明αSyn直接調控這些蛋白。

脂質組學特征
αSynBAC小鼠SV總脂質含量降低,溶血磷脂(如lysoPC)增加,而αSynKO則表現為磷脂酰絲氨酸(PS)升高。這些變化可能通過影響膜曲率和流動性,干擾SV與αSyn的相互作用。

研究首次系統揭示了SV在衰老和αSyn相關疾病中的動態變化,證明αSyn功能喪失與毒性增益同等重要。αSynKO和αSynBAC小鼠的互補性表型(如突觸素和vATP酶變化)提示αSyn通過調控SV蛋白網絡和脂質代謝維持突觸穩態。脂質失衡可能促進αSyn病理聚集,而SV蛋白組成變化直接影響神經遞質釋放。該研究為理解突觸核蛋白病的早期事件提供了分子基礎,并強調恢復αSyn功能或糾正脂質代謝的治療潛力。

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