加州大学：Stathmin-2缺失导致驱动运动和感觉去神经支配的神经丝依赖性轴突塌陷

背景

肌萎缩侧索硬化 (ALS)的特征是上下运动神经元的选择性变性，导致肌肉失神经支配、瘫痪和最终死亡，通常在诊断后2-5年内死于呼吸衰竭。神经肌肉接头 (NMJs)的缺失是家族性和散发性ALS中最早的病理事件之一。NMJs是运动神经元末梢和肌肉细胞之间形成的重要突触，它们的破坏发生在ALS疾病发作和运动神经元变性之前。重要的是，专注于维持运动神经元存活的努力未能在表达ALS引起的突变的小鼠中预防肌肉去神经或延迟疾病的发作和进展，这表明肌肉去神经的病理机制独立于运动神经元的死亡。

简介

2023年11月23日，来自美国加州大学的Jone López-Erauskin及其团队在Nat Neurosci (IF: 25)上发表名为Stathmin-2 loss leads to neurofilament-dependent axonal collapse driving motor and sensory denervation的研究[1]。

主要结果

慢性Stmn2抑制引起的进行性运动障碍

我们使用腺相关病毒 (AAV)慢性表达嵌入微小RNA的shRNA，以抑制正常成人神经系统的运动和感觉神经元中的小鼠Stmn2 RNAs，从而确定持续stathmin-2缺失的后果，从而模拟其在ALS中的减少 (图2a)。编码mClover (一种更亮的单体绿色荧光蛋白 (GFP)衍生物)的报告基因用于标记转导的神经元、它们的轴突和支配后肢肌肉的终末。将编码抗小鼠Stmn2的shRNA或不相关的对照基因 (细菌β-半乳糖苷酶)的病毒载体通过单一软脑膜下递送 (即在最内层软脑膜下注射)引入1岁野生型小鼠的腰髓。与鞘内给药不同，成年动物的软脑膜下注射能够高效且持久地转导至脊髓的深部灰质神经元和神经胶质。此外，局部轴突或突触摄取以及随后的逆行AAV递送也转导DRGs的皮质运动神经元和感觉神经元。重要的是，腰椎软膜下给药实现了有效的病灶转导，而不靶向控制前肢和呼吸肌的颈或胸椎运动神经元。    

stathmin-2缺失导致围生期死亡率增加    

利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术，通过删除包括外显子3在内的1028 bp片段来灭活C57BL/6J小鼠中的一个内源性Stmn2等位基因。据预测，该缺失将产生不稳定RNA，而该不稳定RNA是密码子移码突变导致的无义介导衰变的底物。虽然通过饲养Stmn2+/-小鼠，小鼠以预期的孟德尔比例出生，但80%的Stmn 2-/-幼鼠在出生后不久死亡，这表明stathmin-2在早期发育中发挥一种或多种作用。然而，在存活至断奶年龄的Stmn2小鼠中，没有观察到进一步加速的死亡率 (图5a)。正如预期的那样，在STM N2+/-或Stmn 2-/-成年小鼠的皮质 (图5b)或脊髓 (图5c)中，Stmn2 mRNAs分别减少或检测不到。Stathmin-2蛋白在杂合Stmn2+/-小鼠中也减少了50%，并且在Stmn 2-/-小鼠的腰髓蛋白提取物 (图5d)和腰髓切片的免疫染色 (图5e)中检测不到。stathmin-2的减少或完全缺失不会引起其他stathmin家族成员的表达产生代偿性改变。

Stmn2的缺失会降低轴突口径和传导速度

stathmin-2的完全缺失导致3个月和6个月大的C57BL/6J Stmn 2-/-小鼠的坐骨神经传导速度降低 (与野生型同窝仔相比) (图7a)。在3个月龄时对Stmn 2-/-小鼠的L5腹侧运动轴突的轴突直径的测量显示直径减小 (图7b，c ),而没有任何轴突损失 (图7d )，这表明轴突口径获取受到抑制或延迟，这一特征通常在3个月龄的小鼠中完成。在3个月大的Stmn 2-/-和Stmn2+/+小鼠中，所有三种神经丝亚单位及其KSP磷酸化形式的水平是相当的。然而，到12个月龄时，stathmin-2的慢性缺失导致NF-H和pNF-H水平显著降低 (用SMI-31单克隆抗体检测；图7e、f，量化于图7g、h)。NF-M (图7i，在图7j中定量)和pNF-M (也用SMI-31抗体检测)的水平也降低了 (图7e，在图7l中定量)。在检测的不同时间点，基因型之间的NF-L水平没有观察到变化 (图7k，m)。因此，stathmin-2的缺失损害了NF-M和NF-H的积累，以及它们的磷酸化，这共同解释了轴突口径的获得或维持减少以及神经传导速度的降低。    

结论及展望

编码stathmin-2蛋白 (也称为SCG10)的人类STMN2基因的mRNA转录物受到TAR dna结合蛋白43 (TDP-43)功能缺失的严重影响。后者是包括肌萎缩侧索硬化 (ALS)在内的几种神经退行性疾病的标志。我们联合使用多种方法 (包括瞬时反义寡核苷酸介导的抑制、在衰老小鼠中持续shRNA诱导的缺失和生殖细胞系缺失)表明，stathmin-2在建立和维持依赖神经细胞的轴浆组织方面发挥重要作用，而轴浆组织对于保持有髓大直径轴突的口径和传导速度至关重要。成年小鼠的stathmin-2持续缺失会导致ALS中发现的病理，包括神经炎间距减小、轴突管径萎缩 (导致外髓鞘层撕裂)、传导速度降低、进行性运动和感觉缺陷以及肌肉失神经支配。这些发现支持stathmin-2的恢复是ALS和其他TDP-43依赖性神经退行性疾病的一种有吸引力的治疗方法。   

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41593-023-01496-0

参考文献

1.López-Erauskin Jone,Bravo-Hernandez Mariana,Presa Maximiliano et al. Stathmin-2 loss leads to neurofilament-dependent axonal collapse driving motor and sensory denervation.[J] .Nat Neurosci, 2023, undefined: undefined.    

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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