Sans TREM2 i ApoE4 napędzają mikrogliozę i atrofię w modelu tauopatii

18 listopada 2022 r

Naukowcy wiedzą, że ApoE4 i Trem2 mogą nasilać neurodegenerację w mysich modelach choroby wieńcowej. Czy te białka spiskują w celu zaostrzenia patologii? Okazuje się, że sam ApoE4 wyrządza wiele szkód, według naukowców kierowanych przez Davida Holtzmana, MD, z Washington University School of Medicine w St. Louis. 10 listopada poinformowali, że pomimo wyeliminowania TREM2, APOE4 kierował rodzajem mikrogleju, który zaostrzał patologię tau i atrofię mózgu. Mikroglej zwiększył fagocytozę i produkcję białek lizosomalnych, a lizosomy zostały powiększone przez lipidy.

„To badanie podkreśla znaczenie niezależnych od TREM2 mechanizmów mikrogleju leżących u podstaw ryzyka i choroby Alzheimera” – piszą Michele Ehrlich i Sam Gandhi z Mount Sinai School of Medicine w Nowym Jorku. Badanie, prowadzone przez Jessicę Rexach z University of California w Los Angeles, wskazuje na złożoną rolę mikrogleju w wywoływaniu chorób. „Odkrycia są zgodne z bardziej szczegółowym poglądem na mikroglej w pojawiającej się neurodegeneracji” – napisała.

Holtzmann i współpracownicy wcześniej informowali, że w modelu taupatii P301S ludzki ApoE4 kierował akumulacją fosforylowanego tau, dysfunkcją lizosomów w mikrogleju i atrofią mózgu (Wiadomości z września 2017 r.). Z drugiej strony, eliminacja TREM2 hamowała neurodegenerację u myszy z tą samą mutacją tau i endogennym ApoE (wiadomości z października 2017 r.). Biorąc pod uwagę znaczącą rolę tych białek w reakcjach mikrogleju na choroby, naukowcy spodziewali się, że wyeliminowanie TREM2 ochroni również myszy wykazujące ekspresję ludzkiego białka APOE4. Ku zaskoczeniu autorów tak się nie stało.

Pierwsza autorka, Maud Gratuze, skrzyżowała myszy z nokautem P301S Apoe lub szczep knockdown niosący ludzki gen APOE4, a następnie znokautowała TREM2 w krzyżówkach. Doprowadziło to do powstania czterech szczepów: myszy TREM2 nie wykazujących ekspresji Apoe (TREM2/Apoe-KO) lub APOE4 (TREM2/E4) oraz ich nokautów TREM2 (TREM2-KO/Apoe-KO i TREM2-KO/E4). ). Badała tkankę mózgową 9,5-miesięcznych zwierząt, ponieważ w tym wieku myszy P301S miały rozległe synapsy, glej i utratę neuronów w hipokampie i korze mózgowej.

Pomimo eliminacji TREM2 patologia pogorszyła się u myszy APOE4. W hipokampie i korze mózgowej zwierzęta TREM2-KO/E4 zgromadziły więcej fosfo-tau, jak zmierzono za pomocą przeciwciał AT8 i AT180, oraz więcej synaps, jak zmierzono za pomocą MC1, niż wszystkie inne szczepy myszy. Podobnie u myszy TREM2-KO/E4 regiony te skurczyły się o 15 procent bardziej niż u myszy TREM2/E4 io 30 procent więcej niż u myszy z nokautem Apoe, które miały lub nie miały TREM2 (patrz zdjęcie poniżej). Autorzy doszli do wniosku, że APOE4 nasila taupatię i dystrofię nawet przy braku TREM2.

Splątanie i atrofia. W porównaniu z myszami P301S z tauopatią pozbawionymi Apoe (po lewej), myszy P301S z APOE4 (w środku) miały więcej splotów neurofibrylarnych w hipokampie i korze mózgowej (na górze) i gorszą atrofię w tych samych regionach (na dole). Eliminacja TREM2 dodatkowo zaostrzyła choroby (po prawej). [Courtesy of Gratuze et al., Neuron, 2022.]

Czy za uszkodzenia można obwiniać wadliwy mikroglej? Naukowcy przeanalizowali transkryptomy mikrogleju konidialnego z czterech szczepów myszy po RNA-Seq pojedynczego jądra PU.1-dodatniego wyizolowanego z tkanki hipokampa. 25 000 makrojąder mikrogleju jest skupionych w 10 podgrupach. Trzy podgrupy wyrażały geny homeostatyczne, takie jak CX3CR1 i CSF1R. W porównaniu z myszami z nokautem Apoe, myszy APOE4 miały mniej tych jednorodnych mikrogleju, a ich odpowiedniki z nokautem TREM2 miały mniej.

Jedna grupa zwróciła uwagę Gratuze, ponieważ myszy P301S z dodatnim wynikiem APOE4 mobilizowały dwa razy więcej niż nokaut APOE, niezależnie od ekspresji TREM2. Komórki te, zwane reaktywnym mikroglejem Tau / ApoE4 (TERM), nadeksprymowały niektóre geny mikrogleju związanego z chorobą (DAM), które normalnie są regulowane w górę w obecności amyloidu. Wśród nich LPL i CTSB, które kodują odpowiednio lipazę lipoproteinową i proteazę lizosomalną, wskazywały, że coś może być nie tak z lizosomami. TERM wyrażały więcej markera uszkodzeń lizosomów, galektyny-3, a lizosomy były wypełnione lipidami. Wyniki te wskazują, że w kontekście patologii tau ApoE4 aktywuje mikroglej podobny do DAM, ale dezaktywuje lizosomy i robi to niezależnie od Trem2. „Ta praca wspiera ważne odejście od traktowania mikrogleju tylko w odniesieniu do blaszek amyloidowych lub jako pojedynczego stanu związanego z chorobą, zamiast przyglądania się licznym interakcjom między mikroglejem a innymi aspektami [neurodegenerative] choroba” – napisał Rexach.

Holtzmann był zszokowany tym, jak poważne były nieprawidłowości lizosomalne u myszy TREM2-KO/E4. „Są bardziej wyraźne niż u myszy z amyloidozą” – powiedział Zafurowi. „Trem2 nie może zapobiec uszkodzeniom makroskopowym wywołanym przez ApoE4”.

Mikroglej APOE4 również zwiększył fagocytozę. Zaatakowali cztery razy więcej synaps PSD-95-dodatnich niż mikroglej z niedoborem APOE, niezależnie od ekspresji TREM2. To uszkodzenie odzwierciedla upośledzone synapsy obserwowane u myszy E4, co sugeruje, że dysfunkcyjny mikroglej prowadzi do neurodegeneracji. „ApoE4 odgrywa ważniejszą rolę niż Trem2 w zwyrodnieniu wywołanym przez tau, przynajmniej w taupatycznym modelu myszy” – podsumował dr David Hansen z Brigham Young University, Provo, Utah. William Meilandt z Genentech, South San Francisco, Kalifornia, uznał wyniki za przekonujące, zauważając, jak wyraźnie uszkadza ApoE4 w obecności tau i nieobecności TREM2 (komentarze poniżej).

Czy podobne zmiany mogą wystąpić w lizosomach u osób, które są nosicielami mutacji białka APOE4 i utraty funkcji TREM2? Autorzy przeanalizowali opublikowane dane snRNA-Seq z tkanek korowych 15 ochotników z Wash U Alzheimer’s Disease Research Center i 9 z kohorty ROSMAP (Brase i in., 2021). Wszyscy mieli AD i nosili co najmniej jedną kopię APOE4. Czternaście zawierało dwie kopie wspólnego wariantu TREM2; 10 zawierał jedną kopię wariantów R47H lub R62H związanych z AD. Reaktywny mikroglej w CVV wyrażał wyższe poziomy genów zaangażowanych w funkcję lizosomów. W obliczu upośledzonej funkcji TREM2, ApoE4 wydaje się powodować podobną dysfunkcję cząstek glejowych w ludzkim mikrogleju.

Wreszcie, wybicie TREM2 u myszy posiadających ludzkie białko APOE4 zaostrzyło patologię tau, mikroglejozę i neurodegenerację – co stanowi bezpośredni kontrast do wybicia TREM2 u myszy P301S wykazujących ekspresję normalnego mysiego Apoe. „Dlaczego delecja TREM2 jest tak znacząco ochronna u myszy typu dzikiego Apoe, nieistotna u myszy z nokautem Apoe i nieco szkodliwa u myszy z nokautem APOE4”, pisze Hansen, „nadal pozostaje pytaniem”. Rexach uważa, że ​​odkrycia uzasadniają dalszą analizę. „Ta praca wyraźnie ustanawia związek między APOE4 i patologią tau oraz lizosomem/lizosomem, co otwiera drzwi do dalszych badań” – napisała. Holtzmann i współpracownicy szukają sposobów na odwrócenie akumulacji lipidów w tych mikroglejach. – Chelsea Weidman Burke