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阿尔茨海默病患者的蛋白糖基化研究
时间:2018-12-05 11:47:13

阿尔茨海默病(AD)是一种以记忆力下降和认知功能障碍为主要表现的神经退行性疾病,已有报道指出阿尔茨海默病患者(AD)与正常人的蛋白O-GlcNA糖基化和N-糖基化存在差异,但是对于AD患者蛋白O-GlcNAc糖基化与N- / O-糖基化之间的相互关系并未见报道。

近期,特拉维夫大学Moran Frenkel-Pinterd教授团队对AD患者的大脑区域以及血清中的N-O-GlcNAc糖基化进行了综合分析。检测到AD患者和健康个体之间参与蛋白质O-GlcNAc糖基化和N- / O-糖基化的聚糖水平存在显著差异且这两种糖基化呈负相关,并指出AD患者的具有脑区域特异性糖基化相关病理变化,而且这些改变对于其他神经退行性疾病并不常见。相关研究结果在《Science Advances》杂志(IF=11.5)在线发表。


一、AD患者脑组织中总蛋白质O-GlcNAc糖基化的改变是区域特异性的

为了进一步分析全蛋白O-GlcNAc糖基化水平的变化,研究人员对与AD病理学有关的四个区域的脑组织(额叶皮质,海马体,颞叶皮质和顶叶皮层)进行检测。结果证明与对照相比,AD患者额叶皮质组的全蛋白O-GlcNAc糖基化显著降低,而在海马体中观察到全蛋白O-GlcNAc糖基化水平显著增加(大约60%)(图1A)。

所有被检查的大脑区域中的膜部分显示,AD患者的O-GlcNAc糖基化明显高于正常对照组(图1B)。在海马区增加最多,AD患者大脑中的蛋白质O-GlcNAc糖基化蛋白比正常组高出28%

为了评估细胞外蛋白O-GlcNAc糖基化的水平,研究人员分析了AD患者、轻度认知功能障碍(mildcognitiveimpairmentMCI)患者以及健康对照的血清样本。与健康对照组相比,AD患者的O-GlcNAc糖基化水平略高,MCI患者O-GlcNAc糖基化水平明显升高(23%;图1C)。上述结果表明,在AD患者中存在脑部区域特异性的O-GlcNAc糖基化相关的病理学,尤其是在血清中。

 

1.AD患者蛋白O-GlcNAc糖基化的变化

可溶性细胞质组(A)、膜组(B)和血清组(C)利用ELISA测量蛋白O-GlcN酰基化水平,对照为健康组。** P <0.05*** P <0.001

 



二、血清中检测AD患者脑区特异性的N/O糖基化相关病理

    研究人员通过PAS染色测定聚糖水平,结果显示AD患者额叶皮质可溶部分含量明显高于正常对照组(图2A),而其它脑部区域没有类似的显著性差异;膜组分的PAS染色在AD患者顶叶和颞叶明显低于正常对照组,分别为26%32%(图2B);ADMCI患者血清总蛋白的PAS染色明显低于健康组,分别为44%49%(图2C)。这些结果表明AD患者血清中的聚糖水平低于正常组,AD患者存在脑区特异性的糖基化相关病理变化,而且在血清样本中蛋白的O-GlcNAc糖基化存在特殊变化。

 

2.AD患者中糖基化的改变

可溶性细胞质组(A),膜组(B)和血清组(C)通过定量PAS染色测量聚糖水平,同时检测N-O-糖基化。** P <0.05*** P <0.001

 


三、AD患者中蛋白质糖基化的改变并不是所有神经性退行疾病的共同特征

为了验证上述发现的病理改变是否特定存在AD患者的大脑中,研究人员选取其它种类的神经性退行疾病进行比较(进行性核上性瘫痪、额颞叶型帕金森病和皮质基底变性)。通过提取蛋白可溶性组分,用ELISA法进行检测并进行定性PAS染色,结果发现,只有额颞叶型帕金森病患者与AD患者相似,蛋白O-GlcNAc糖基化降低约27%。因此,研究人员认为并不是所有的神经性退行疾病都会出现与AD患者相似的O-GlcNAc糖基化水平降低和可溶性组织的糖基含量增加。

 

3.AD患者额叶皮质可溶性细胞质部分糖基化的改变

(A)ELISA测定蛋白O-GlcNAc糖基化水平;(B)通过定量PAS染色检测N-O-糖基化。

 


四、凝集素芯片检测AD患者血清样本

研究人员使用高通量平台,利用凝集素芯片对AD患者的糖谱进行表征。从AD患者、MCI患者和健康对照者的血清中提取蛋白质样本,与凝集素芯片进行孵育,芯片结果显示有9种凝集素在ADMCI患者中的信号明显高于正常组,其中VVA凝集素的信号显著增强(p0.003),2种凝集素(MALPHAL)的信号明显比正常组低。

 

4.凝集素芯片检测血清样本

红色代表AD患者血清、绿色代表MCI患者血清、蓝色代表健康对照;* P <0.1** P <0.05*** P <0.001

 


小结:

蛋白质糖基化是一种普遍存在的翻译后修饰,它调节大多数蛋白质的折叠和功能,蛋白质糖基化改变和AD病理学之间的因果关系尚未得到证实。如果,蛋白质糖基化的改变可能导致AD的发生,这将为AD疾病的血清生物标志物的发现提供新的途径。

参考文献

Frenkelpinter M, et al., Interplay between protein glycosylation pathways in Alzheimer’s disease [J]. Science Advances, 2017, 3(9):e1601576.



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