《Cell | 衰老人类神经元和少突胶质细胞中截然不同的体细胞突变模式》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-03-19
  • 2024年3月18日,波士顿儿童医院等机构的研究人员在Cell上发表了题为Contrasting somatic mutation patterns in aging human neurons and oligodendrocytes的文章。

    描述大脑中的体细胞突变对于揭示复杂的衰老机制非常重要,但人们对不同脑细胞类型的突变模式却知之甚少。

    该研究对来自年龄跨度为 0.4-104 岁的神经畸形个体的 86 个单体少突胶质细胞、20 个混合胶质细胞和 56 个单体神经元进行了全基因组测序(WGS),发现了超过 92,000 个体细胞单核苷酸变异(sSNVs)和小插入/缺失(indels)。虽然两种细胞类型的体细胞变异都是随着年龄线性累积的,但少突胶质细胞累积sSNVs的速度比神经元快81%,累积indels的速度比神经元慢28%。突变与来自相同大脑的单核 RNA 图谱和染色质可及性的相关性显示,少突胶质细胞的突变富集在非活性基因组区域,并且在整个基因组的分布与脑癌的突变类似。相比之下,神经元突变富集在开放、转录活跃的染色质中。这些明显的差异表明,在少突胶质细胞和神经元中存在各种活跃的突变过程。

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  • 《Cell | 小胶质细胞C1q参与神经元蛋白稳态和衰老》

    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-06-29
    • 2024年6月27日,波士顿儿童医院Beth Stevens通讯在Cell发表题为Microglial-derived C1q integrates into neuronal ribonucleoprotein complexes and impacts protein homeostasis in the aging brain的文章,为在衰老的背景下小胶质细胞和神经元之间复杂的相互作用提供了新的线索。 这项研究的重点是小胶质细胞产生和分泌的补体蛋白C1q。众所周知,C1q在发育和疾病状态下参与突触修剪,但其在大脑衰老中的作用尚不清楚。研究人员发现,随着大脑年龄的增长,C1q在神经元核糖核蛋白(RNP)复合物中积累,这表明这种蛋白质的新功能超出了其在补体级联中的经典作用。通过无偏见的蛋白质组学分析,该团队确定了C1q和RNA结合蛋白(RBP)之间的年龄特异性相互作用对RNA代谢和翻译至关重要。这些发现表明,C1q可能参与调节神经元蛋白合成和稳态,这一过程对维持衰老大脑的认知功能至关重要。 此外,该研究表明,C1q经历了RNA依赖的液-液相分离(LLPS),一个蛋白质和RNA在细胞内聚集形成密集液滴的过程。这种LLPS对于C1q在体内与神经元RNP复合物的相互作用至关重要且依赖RNA。研究人员还发现,外源性C1q蛋白可以在体内整合到神经元RNP复合物中,这一过程依赖于内吞作用。这些发现的意义在于,作者揭示了一种新的,小胶质细胞来源的C1q影响神经元功能的机制。通过整合到RNP复合物中,C1q可能能够调节特定mRNA的翻译,从而影响对神经元健康和可塑性至关重要的蛋白质的产生。这可能对理解与年龄相关的认知能力下降和神经退行性疾病有意义,因为在这些疾病中经常观察到蛋白质稳态的破坏。 该研究还强调了C1q的胶原样结构域在介导其神经元摄取中的重要性。在活体急性脑切片中,研究人员表明,神经元内化C1q需要的是胶原样结构域而不是RNA。这一发现表明,C1q的结构完整性对其与神经元成分相互作用的能力至关重要,并强调了小胶质细胞和神经元之间相互作用的复杂性。研究表明,成年小鼠C1q缺乏会导致神经元翻译增加和大脑蛋白稳定改变,以及恐惧记忆消退的障碍。这些观察结果表明,C1q在调节神经元蛋白合成中发挥作用,其缺失可能对认知功能产生不利影响。研究人员推测,C1q可能作为翻译阻遏物,通过限制过量的蛋白质产生来帮助维持蛋白质稳态。 总之,这项研究的发现描绘了小胶质细胞和神经元之间动态相互作用的画面,其中C1q是免疫系统和神经元系统之间的桥梁。C1q在神经元RNP复合物中的年龄依赖性积累及其对蛋白质稳态的影响突出了小胶质细胞在一生中影响神经元健康和功能的潜力。这些见解为理解和潜在干预与年龄相关的认知能力下降和神经退行性疾病开辟了新的途径。
  • 《Nature | 腺苷调节星形胶质细胞代谢和功能》

    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-07-07
    • 2024年7月3日,伦敦大学学院Alexander V. Gourine、Shefeeq M. Theparambil共同通讯在Nature发表题为Adenosine signalling to astrocytes coordinates brain metabolism and function的文章,为星形胶质细胞协调大脑代谢和功能的机制,特别是对神经元活动的反应,提供了新的线索。 研究表明,腺苷,作为在神经元活动过程中释放的神经调节剂,作用于星形细胞A2B受体,介导代谢激活。这种激活触发了典型的环腺苷3′,5′-单磷酸(cAMP)-蛋白激酶A(PKA)信号通路,导致星形胶质细胞葡萄糖代谢的快速激活和乳酸的释放。然后乳酸作为能量底物,补充细胞能量储备并支持神经元的能量需求。星形胶质细胞中A2B受体的条件性缺失导致大脑能量代谢的重大重编程,这一发现突显了神经元和星形胶质细胞之间这种代谢偶联的重要性。这种重编程阻止了海马体的突触可塑性,损害了识别记忆,并扰乱了睡眠。这些结果确定腺苷A2B受体是神经元活动的星形胶质细胞传感器,突出了星形胶质细胞中cAMP信号在调节大脑能量代谢以支持睡眠和记忆等基本功能中的关键作用。 这项研究还深入了解了星形胶质细胞如何对神经元活动增加做出反应。研究表明,培养物和脑切片中的星形胶质细胞对嘌呤核苷酸如ATP和ADP有反应,细胞内cAMP和PKA活性升高。这种反应是由外核苷酸酶活性分解ATP形成的腺苷介导的,并且不依赖于细胞内Ca2+信号传导。该研究进一步证明星形胶质细胞表达A2B受体,A2B受体被腺苷激活以诱导cAMP反应。这些反应对于在高能量需求或减少能量供应的条件下维持突触功能至关重要。作者认为,腺苷A2B受体是神经元和星形胶质细胞之间交流的关键参与者,确保了星形胶质细胞能够快速响应神经元的代谢需求。这种交流对保持突触可塑性至关重要,而突触可塑性对学习和记忆至关重要。该研究还强调了星形胶质细胞在睡眠调节中的作用,A2B受体缺失导致睡眠碎片化和慢波活动减少,表明睡眠压力降低。 总的来说,这项研究提供了对腺苷信号传导到星形胶质细胞如何协调大脑代谢和功能的全面理解,强调了星形胶质细胞在大脑能量稳态中的重要性,以及靶向A2B受体作为支持大脑能量代谢、维持认知健康和促进大脑寿命的治疗策略的潜力。这些发现为研究星形胶质细胞在神经系统疾病和衰老中的作用开辟了新的途径,为开发预防或对抗神经退行性疾病的治疗方法提供了希望。