Redox Biology: 遗传性FTLD患者MAPT基因依赖的线粒体异常和ROS产生触发皮层神经元功能障碍和死亡

神经性病变是与年龄相关的神经退行性疾病最常见的蛋白质病变类型。由异常修饰的微管结合蛋白tau组成的细胞内包涵体存在于额颞叶变性(FTLD-tau)的多种亚型中，包括皮克病、进行性核上性瘫痪和皮质基底变性。此外，神经原纤维tau缠结是阿尔茨海默病神经病理学的一个重要特征。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.redox.2022.102597

近日，来自明斯特大学医院的研究者们在Redox Biology的杂志上发表了题为“MAPT genotype-dependent mitochondrial aberration and ROS production trigger dysfunction and death in cortical neurons of patients with hereditary FTLD”的文章，该研究揭示了遗传性FTLD患者MAPT基因依赖的线粒体异常和ROS产生触发皮层神经元功能障碍和死亡。

肌萎缩侧索硬化症是神经退行性疾病的一种主要的蛋白质病。Tau编码MAPT基因的突变会导致额颞叶变性(FTLD)-tau遗传性病例，这种遗传性病例跨越了广泛的表型和病理范围。其中一些突变，如N279K突变，导致生理上的3R/4R比率向更容易聚集的4R亚型转变。其他突变，如V337M，会导致tau对微管的体外亲和力降低，促进微管组装的能力降低。

目前尚不清楚这两个突变是否涉及类似的下游信号级联，但对于潜在的救援策略来说很重要。在这里，研究者开发了一种新颖和优化的正向编程方案，用于快速高效地从HiPSCs中生产纯培养的谷氨酸能皮质神经元。

研究者应用这一方案来描述由MAPT^N279K或MAPT^V337M突变和野生型或等基因对照组成的FTLD-tau HiPSC模型中的神经退行性变机制。由此产生的皮质神经元表达MAPT基因依赖的优势蛋白质组簇，调节细胞凋亡、ROS稳态和线粒体功能。

相关通路在MAPT^N279K神经元中显著上调，而在MAPT^V337M神经元和对照组中无明显上调。活细胞成像显示，与对照组相比，这两种MAPT突变都影响了膜的兴奋性，反映在自发和刺激诱发的钙信号中，尽管在MAPT^N279K神经元中更为明显。MAPT^N279K神经元上的这些自发的钙振荡触发了线粒体的超极化和分裂，导致了线粒体ROS的产生，但也通过NOX2共同作用而产生了ROS，从而导致细胞死亡。

SmNPC靶向和诱导神经元

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总之，本研究提出了一种新的编程方法，用于以前所未有的速度和效率制造大量纯人类皮质谷氨酸能神经元。将这种方法应用于还原FTLD-tau人体外模型，证实了之前的证据，即谷氨酸信号在FTLD-tau的神经变性中起关键作用，氧化还原失衡是神经细胞死亡的基础。

在一种无偏见的方法中，研究者确定ROS信号和线粒体或代谢功能是MAPTN279K神经元的关键过程。机制上，MAPTN279K神经元上自发的钙振荡触发线粒体超极化和分裂，导致线粒体ROS的产生，但也通过NOX2共同作用而产生ROS，导致细胞死亡。

重要的是，本研究数据显示，这些机制是MAPT突变特有的，支持临床病理相关性研究的最新数据，即FTLD-MAPT具有高度的临床异质性，但也具有MAPT突变特有的临床病理-遗传学相关性。（生物谷 Bioon.com）

参考文献

Lisanne Korn et al. MAPT genotype-dependent mitochondrial aberration and ROS production trigger dysfunction and death in cortical neurons of patients with hereditary FTLD. Redox Biol. 2023 Feb;59:102597. doi: 10.1016/j.redox.2022.102597.