文献标题:Observation of α?Synuclein Preformed Fibrils Interacting with SH-SY5Y Neuroblastoma Cell Membranes Using Scanning Ion Conductance Microscopy》,发表于《ACS Chemical Neuroscience
DOI:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acschemneuro.2c00478
研究背景
帕金森病(Parkinson's disease, PD)是美国第二常见的神经退行性疾病,仅次于阿尔茨海默病。PD 的病理特征之一是 α-突触核蛋白(α-synuclein,α-Syn)的错误折叠和聚集,这些聚集物会在黑质多巴胺能神经元中诱导细胞死亡,进而影响运动功能。α-Syn 的纤维(fibrils)与 PD 中的路易体(Lewy bodies)相关,并在神经网络中以类似朊病毒的方式传播,导致细胞功能失调。α-Syn 预制纤维(preformed fibrils,PFFs)是通过控制条件使重组单体 α-Syn 聚合而成的纤维,用于模拟 α-Syn 的病理学。PFFs 能够促进细胞摄取、种子化和 α-Syn 的传播,但目前对 PFFs 在细胞水平上与细胞膜相互作用的形态学变化的研究较少。
研究内容
本研究旨在利用扫描离子电导显微镜(Scanning Ion Conductance Microscopy, SICM)观察 α-Syn PFFs 与 SH-SY5Y 神经母细胞瘤细胞膜的相互作用,并揭示 PFFs 对细胞膜形态的影响。研究特别关注 PFFs 在细胞膜上引起的膜粗糙度变化、细胞膜上的突起和碎片,以及这些变化对细胞活性的影响。
研究方法
1. 细胞培养与处理:使用 SH-SY5Y 神经母细胞瘤细胞,将其培养在含有不同浓度 α-Syn PFFs 的培养基中,处理时间为 48 小时。PFFs 的浓度分别为 1 μM、5 μM 和 10 μM。
2. 扫描离子电导显微镜(SICM):SICM 是一种非侵入性成像技术,能够在液体环境中对细胞进行三维形态分析,而不会损伤细胞膜。通过纳米毛细管探针测量细胞膜表面的高度变化,生成细胞膜的三维拓扑图。
3. 细胞活性检测:使用 XTT 还原实验和乳酸脱氢酶(LDH)释放实验评估细胞活性,以确定 PFFs 处理对细胞存活率的影响。
4. 原子力显微镜(AFM)表征:对 α-Syn PFFs 的长度分布进行表征,以确保其与文献中报道的尺寸一致。
研究结果
1. 细胞膜形态变化:
o 细胞膜粗糙度显著增加,且随着 PFFs 浓度的升高而增加。在 1 μM PFFs 处理的细胞中,膜粗糙度表现为膜折叠;而在 5 μM 和 10 μM 处理的细胞中,膜上出现更多结晶状的突起和大碎片。
o 与 α-Syn 寡聚物引起的膜破坏不同,PFFs 处理的细胞膜上未观察到明显的脂质提取或大孔洞形成。
o 统计分析显示,PFFs 处理组的膜粗糙度显著高于对照组(p < 0.0001),且 5 μM 和 10 μM 处理组的膜粗糙度进一步增加。
o 在高浓度 PFFs 处理的细胞膜上,观察到的结晶状碎片可能是 PFFs 聚集物或与脂质共聚集的产物。
2. 细胞活性:
o XTT 实验显示,所有 PFFs 处理组的细胞活性均略有下降(约 80%),但这种下降与 PFFs 浓度无关,且未达到统计学显著性。
o LDH 实验显示,PFFs 处理组的 LDH 释放量略有增加,但同样与 PFFs 浓度无关,且未达到统计学显著性。
3. 结论:
o PFFs 在 48 小时内主要通过积累在细胞膜上引起膜粗糙度增加,但并未导致显著的细胞死亡。
o 这些结果表明,PFFs 可能在细胞膜表面引起功能失调,但不会直接破坏脂质双层。
o 研究还指出,早期干预(例如使用 L-DOPA 或其他多巴胺激动剂)可能有助于稳定 α-Syn 纤维,防止其进一步聚集,从而延缓 PD 的进展。
在文献中,SPR-317 是一种用于研究帕金森病(Parkinson's disease, PD)病理机制的 α-突触核蛋白(α-Synuclein, α-Syn)预制纤维(Preformed Fibrils, PFFs)。它被用作实验材料,模拟帕金森病中 α-Syn 的病理聚集过程,以研究其对细胞膜形态和细胞功能的影响。
SPR-317 在文献中的主要应用:
1. 模拟帕金森病病理过程
o α-Syn PFFs 是通过将重组单体 α-Syn 在特定条件下孵育和聚集而成的纤维状结构,用于模拟帕金森病中 α-Syn 的病理聚集。SPR-317 是一种商业化的 PFFs 产品,具有明确的结构和特性,便于实验的标准化和重复性。
o 在本研究中,SPR-317 被用于模拟帕金森病中 α-Syn 的传播和聚集过程,以研究其对细胞膜的直接影响。
2. 研究细胞膜的形态变化
o 文献中使用 SPR-317 PFFs 与 SH-SY5Y 神经母细胞瘤细胞共孵育,观察 PFFs 对细胞膜形态的影响。通过扫描离子电导显微镜(SICM)技术,研究人员发现 PFFs 处理后细胞膜的粗糙度显著增加,并伴随着结晶状突起和碎片的形成。这些变化表明 PFFs 可能通过与细胞膜的相互作用诱导细胞功能失调。
3. 评估细胞活性和毒性
o 研究中还通过 XTT 还原实验和乳酸脱氢酶(LDH)释放实验评估了 SPR-317 PFFs 对细胞活性的影响。结果显示,尽管 PFFs 处理导致细胞膜形态发生显著变化,但细胞活性仅略有下降,且未观察到明显的细胞毒性。这表明 PFFs 可能在细胞膜表面引起功能失调,但不会直接导致细胞死亡。
4. 探索帕金森病的早期干预靶点
o 由于 PFFs 在细胞膜上积累但未显著诱导细胞死亡,研究结果提示早期干预(例如使用药物稳定 α-Syn 纤维)可能有助于延缓帕金森病的进展。SPR-317 在这种机制研究中起到了关键作用,为开发潜在的治疗策略提供了实验依据。
总结
在本研究中,SPR-317 作为一种商业化的 α-Syn PFFs 产品,主要用于模拟帕金森病中 α-Syn 的病理聚集过程,研究其对细胞膜形态和细胞功能的影响。通过这些实验,研究人员揭示了 PFFs 在细胞膜上的积累机制及其潜在的细胞毒性,为理解帕金森病的病理机制和探索早期干预靶点提供了重要信息。
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