slc39a14

  • elemeket
  • absztrakt
  • bevezetés
  • az eredmény
  • U egér Slc39a14-/- sa progresszív viselkedési és motoros hiányosságok alakulnak ki
  • A kifejezés elvesztése Slc39a14 Mn felhalmozódásához vezet
  • A kifejezés elvesztése Slc39a14 megváltoztatja a különböző Mn transzporterek expresszióját több szövetben
  • Az expresszió hepatocita-specifikus törlése Slc39a14 nem vezet Mn felhalmozódásához a szokásos Mn tartalommal az étrendben
  • Az étrendben lévő magas Mn nem vezet a Mn felhalmozódásához a májban a hepatocita-specifikus hepatocitákban Slc39a14- kidobott egerek.
  • vita
  • További információ
  • PDF fájlok
  • További információ
  • videók
  • Kiegészítő film S1
  • További film S2
  • Kiegészítő film S3
  • Kiegészítő film S4
  • Kiegészítő film S5

elemeket

  • A betegség mechanizmusai
  • Fehérjeszállítás

absztrakt

A testben a fém homeosztázis egy összetett folyamat, amely több transzportert is magában foglal, és amelyeket szigorúan szabályoz a szubsztrátjaik szintje és/vagy más környezeti feltételek. Az agy különösen érzékeny a fémek toxikus hatásaira, és a fémek könnyen felhalmozódnak az agyban, ha a fém homeosztázis károsodik [1, 2, 3]. Az ember számára nélkülözhetetlen mangán (Mn) általában megtalálható az agyban, a csontokban, a májban, a hasnyálmirigyben és a vesékben, az Mn egyensúlyhiány pedig az agyműködés károsodásával jár [4, 5, 6, 7]. A mai napig számos transzportfehérjét azonosítottak, amelyek szerepet játszanak az Mn szint fenntartásában, beleértve a kétértékű ion transzporter-1 (DMT1) [8, 9, 10, 11], ferroportint (Fpn1) [12], SLC39A8 (más néven ismert) mint ZIP8). [13, 14], SLC30A10 (más néven ZnT10) [15, 16, 17] és SLC39A14 (más néven ZIP14) [4]. Az Mn homeosztázis hátterében álló pontos molekuláris mechanizmusok azonban nem jól ismertek.

Az SLC39A14 először a cink májba történő felszívódásában játszott szerepe miatt akut gyulladásra és fertőzésre reagálva [28]. Az SLC39A14 mutációi Parkinsonismus-szerű tüneteket (PD-szerűek) indukálhatnak a Mn felhalmozódásának eredményeként a különböző agyi struktúrákban, különösen a globus pallidusban és a striatumban [4]. Ehhez hasonlóan más Mn transzporterek, például az SLC30A10 mutációi is okozhatnak Mn neurotoxicitást és kapcsolódó tüneteket [15, 29, 30]. Annak ellenére, hogy az Mn homeosztázis az egészség megőrzésében betöltött megállapított szereppel bír, az Mn transzporterek szövetspecifikus in vivo szerepét nem határozták meg egyértelműen.

Itt arról számolunk be, hogy a globális Slc39a14-knockout (Slc39a14 -/-) egereknek és az Slc39a14-knockout (Slc39a14 fl/fl; Alb-Cre +) egereknek specifikus hepatocitáknak különböző Mn-vel kapcsolatos fenotípusai és szöveti fémeloszlása ​​van. Különösen, bár az Slc39a14 -/- egerek összefoglalják a PD-szerű szindrómában szenvedő betegeknél fellépő hipermanganémiát [4], az Slc39a14 fl/fl egerek agyában vagy más szöveteiben nem tapasztaltak Mn felhalmozódást; Alb-Cre +, amelyeknél a májban az Mn szintje lényegesen alacsonyabb. Ezek az eredmények új betekintést nyújtanak az SLC39A14 fiziológiai szerepébe, mint a Mn fő importőjébe a májban, és új megvilágításba helyezik az Mn homeosztázisának megzavarásának klinikai hatásait.

az eredmény

Az Slc39a14 -/- egereknél progresszív viselkedési és motoros deficit alakul ki

A korábbi jelentésekkel [31, 32] összhangban homozigóta Slc39a14-vitorlázóink (Slc39a14 -/-) életképesek, és születésükkor nincsenek látható morfológiai rendellenességeik. Azonban 4 hetes korukban ezeken az egereken elkezdődnek a progresszív véletlenszerű torticollis és motorhiány jelei (1a. Ábra; S1 kiegészítő film, S2 kiegészítő film, S3 kiegészítő film, S4 kiegészítő film, S5 kiegészítő film). A vad típusú almokhoz képest az Slc39a14 -/- egerek testtömege 8 hetes kortól alacsonyabb (1b. Ábra). Hat hónapos korban az Slc39a14 -/- egereknél a dystonia jelei kezdtek megjelenni, progresszív képtelenség koordinálni motoros aktivitásukat (1c-i ábra); ezek a tünetek hasonlóak a PD-szerű motoros károsodáshoz az SLC39A14 mutációval rendelkező betegeknél [4].

Az Slc39a14 expressziójának elvesztése Mn felhalmozódáshoz vezet

A jelentések szerint az Slc39a14 számos fémet szállít, köztük Mn [4], cinket (Zn) [31] és vasat (Fe) [40]. Ezért induktívan kapcsolt plazma tömegspektrometriát (ICP-MS) használtunk a különböző fémek szintjének mérésére az Slc39a14 -/- és a vad típusú egerekben [41, 42, 43]. Érdekes, hogy az életkornak megfelelő vad típusú kontrollokhoz képest a 48 hetes Slc39a14 -/- egereknél a szövetek széles skálájában, beleértve a szérumot, az agyat, a vesét, a tüdőt, a szívet és a lépet, szignifikánsan magasabb az Mn szint 2a); A máj és a bél Mn szintje hasonló volt a vad típusú és az Slc39a14 -/- egereknél. Nem találtunk szignifikáns különbséget a vad típusú egerek és az Slc39a14 -/- egerek között a Fe, Zn vagy Cu tekintetében egyetlen szövetben sem (2b-d ábra), kivéve a szérum Fe szintjének enyhe, de jelentős növekedését (2b. Ábra) Összességében ezek az adatok arra utalnak, hogy az Slc39a14 túlnyomórészt Mn transzporter.

Az slc39a14 -/- egerekben az Mn felhalmozódik különböző szövetekben. ( a - d ) Mn szintek ( a ), Fe ( b ), Zn ( c ) és Cu ( d ) mértük a jelzett vad típusú (WT) és Slc39a14 -/- (KO) egerek szöveteiben> 24 hétnél, ICP-MS-sel (n = 4 egér/csoport). Pontban és igen vegye figyelembe az M-szérum y tengelyének törését. * P -/- négy hétig Na2 CaEDTA-val (370 mg/testtömeg-kg) vagy sóoldattal (n = 8-12 egér/csoport, 5 hónapos kor) kezelték. f ) Rotarod-teszt eredményei az Slc39a14 -/- egerekben, amelyeket négy hétig Na2 CaEDTA-val vagy sóoldattal kezeltek (n = 8–12 egér/csoport, 5 hónapos kor). BAN BEN e a f, * P -/- Az agy Mn szintje

10-szer magasabb, mint az életkornak megfelelő vad típusú kontrollegerek. Ezért megvizsgáltuk, hogy az Mn felhalmozódásának hatásai csökkenthetők-e az egerek Na2 fém kelátképző CaEDTA kezelésével. 5 hónapos korban vad típusú egereket és Slc39a14 -/- Na2 CaEDTA-t kezeltünk 4 héten át, standard terápiás protokoll alkalmazásával [44, 45]. A kelátterápia nem volt hatással a vad típusú egerek szérum Mn szintjére (2e. Ábra) vagy a rotarod teljesítményére (2f. Ábra); Slc39a14 -/- egerekben azonban a Na2 CaEDTA kezelés szignifikánsan csökkentette a szérum Mn szintjét (0,1 ng μl -1-ről 0,05 ng μl -1-re; 2e. ábra) és jelentősen javította a rotarod teljesítményét (2f ábra).

Az Slc39a14 expresszió elvesztése megváltoztatja a különböző Mn transzporterek expresszióját több szövetben

Különböző Mn transzporterek expressziós szintje vad típusú és Slc39a14 -/- egerekben. A májban mértük az Slc39a8, Slc13a5, Slc2a4, Dmt1, Fpn1 és Slc30a10 mRNS szinteket ( a ), ugat ( b ), hippocampus ( c ), kisagy ( d ), szív ( e ), vesék ( f ), lép g ) hasnyálmirigy ( h ), bél ( én ) vad típusú (WT) és Slc39a14 -/- (KO) egerek,> 24 hetesek. (n = 4 egér/csoport). ND jelentése nem észlelt, * P fl/fl; Alb-Cre + egerek) feltételes kiütési stratégia alkalmazásával (4a. Ábra). Az egér Slc39a14 gén két izoformát kódol, amelyek vagy az 5a, vagy az 5b exont tartalmazzák [32]. Ezért a 4. exonra összpontosítottunk, amely egy idő előtti stop kodont vezet be mindkét izoformába (4a. Ábra). A QPCR-elemzés megerősítette, hogy a máj Slc39a14 expressziója gyakorlatilag eliminálódott az Slc39a14 fl/fl-ben; Alb-Cre + egerek a kontroll egerekhez képest (4b. Ábra).

A magas étrendi Mn nem vezet a máj Mn felhalmozódásához a hepatocita-specifikus Slc39a14-knockout egerekben.

Tekintettel az Mn szisztémás felhalmozódására az Slc39a14 -/- egerekben, és hogy a máj az Slc39a14 által közvetített Mn felvétel elsődleges tárolóhelye, feltételeztük, hogy az Slc39a14 fl/fl egerek hepatocita-specifikus táplálása; Az Alb-Cre egerek és a magas Mn diéta növelheti az agy Mn szintjét. Ezért etettük az újonnan elválasztott Slc39a14 fl/fl-t; Alb-Cre + és kontroll egerek (Slc39a14 fl/fl; Alb-Cre -) tisztított AIN-93G étrend, amely normál (10 ppm) vagy magas (2400 ppm) Mn koncentrációt tartalmaz [48]. 30 napig magas Mn diéta után sem a testtömeg (5a. Ábra), sem a rotációs teljesítmény (5b. Ábra) nem különbözött a testtömeg Slc39a14 fl/fl, Alb-Cre + és a kontroll egerek között; nem találtunk különbséget a normál Mn étrenddel táplált egerek és a magas Mn étrenddel táplált egerek között (hasonlítsuk össze az 5a. és b. ábrát a 4c. és d. ábrával). A magas Mn diéta azonban megnövelte a szérum Mn szintjét Slc39a14 fl/fl egerekben; Alb-Cre + és kontroll egerek, sokkal erősebb hatással az Slc39a14 fl/fl egerekre; Alb-Cre + (5c. Ábra).

vita

Itt jellemeztük az Slc39a14 fémion transzporter szerepét az Mn szisztémás metabolizmusában globális Slc39a14-knockoutok és hepatocyta-specifikus Slc39a14-knockout egerek alkalmazásával. Eredményeink azt mutatják, hogy a máj Slc39a14 specifikus szerepet játszik a szisztémás Mn homeosztázis fenntartásában. Különösen azt találtuk, hogy az Slc39a14 elsősorban a májban szabályozza a Mn felvételét, ami viszont közvetíti a Mn szintjét más szövetekben, beleértve az agyat, a szívet, a vesét és a keringést. Eredményeink azt is mutatják, hogy az Slc39a14 az Mn beáramlásának szabályozásában működik a májban, mivel az Slc39a14 -/- egerek Mn felhalmozódását fejlesztik az agyban és más szövetekben, de a májban nem. Megállapítottuk továbbá, hogy a hepatocyta-specifikus Slc39a14-knockout egerek normális Mn étkezési körülmények között nem mutatják az Mn felhalmozódásának jeleit; azonban magas Mn diéta elfogyasztása után ezeknek az egereknek megemelkedik a Mn szintje az agyban és a szérumban, de a májban nem. Összességében ezek a megállapítások azt sugallják, hogy a máj Slc39a14 az Mn homeosztázisát szabályozza azáltal, hogy közvetíti az Mn felvételét a májban, és betekintést nyújt az SLC39A14 emberi működésébe.

Az Mn homeosztázisának fenntartása elengedhetetlen az emberi egészség szempontjából, a felesleges Mn pedig az agyban felhalmozódó Mn-hez és a neurodegenerációhoz kapcsolódik [49, 50]. Az SLC39A14 és SLC30A10 Mn transzporterek mutációi összefüggésben vannak a szérum és az agy Mn szintjének emelkedésével [4, 30] és a PD-szerű tünetek kialakulásával. Ezenkívül a magas Mn-tartalmú foglalkozási és egyéb környezeti forrásoknak való kitettség hasonló neurológiai tüneteket okozhat [50, 51]. Az SLC39A14-ben homozigóta mutációval rendelkező betegek korai életkorában megemelkedett a vér és az agy Mn-szintje, és dystonia-parkinsonismus alakul ki [4]. Az SLC30A10 mutációval rendelkező páciensektől eltérően azonban ezeknél a betegeknél nincs megemelkedett máj Mn-szint, vagy májbetegség alakul ki. Ezenkívül Tuschl és mtsai. törölték az Slc39a14 expresszióját a zebrafish-ban, és az Mn emelkedett szintjét találták az agyban, de a hasi belekben nem. Ezzel szemben az egér knockout modelleket használó kísérleteink ok-okozati összefüggést biztosítanak az SLC39A14 funkció, a máj Mn importja és az Mn-vel kapcsolatos neurotoxicitás között. Sajnos nem lehetne ezeket a kísérleteket emberen végrehajtani.

Vizsgálatunk egyik legfontosabb megállapítása, hogy az SLC39A14 központi szerepet játszik a Mn felszívódásának szabályozásában a májban. Megállapítottuk, hogy az Slc39a14 expressziójának májsejtekben történő szelektív eltávolítása nem okoz Mn túlterhelést az agyban, a vérben vagy más szövetekben. Ezzel szemben a globális egerek az slc39a14 kizárásával megzavarták az Mn metabolizmusának szabályozását, és az SLC39A14 mutációval rendelkező betegeknél a mozgásszervi rendellenességekhez hasonló viselkedési és motoros hiány alakult ki [4]. A hepatocitákat szekretáló Hepcocyta-szekretáló egerek elemzése azt sugallja, hogy az Mn felhalmozódása a vérben és az agyban nem kizárólag a Mn károsodott májfelvételének eredménye. Bár az Slc39a14 -/- egerekről korábban beszámoltak arról, hogy csökkent a cinkbevitel és fokozott a vasfelszívódás [31], ICP-MS adatunk azt mutatja, hogy az Slc39a14 -/- egerekben normális Fe, Zn és Cu szint van a szövetben (a egyetlen kivétel: megemelkedett szérum Fe szint). Összességében, adataink meggyőző bizonyítékot szolgáltatnak arra vonatkozóan, hogy az Slc39a14 expresszió globális deléciója elsősorban az Mn metabolizmusát befolyásolja, de a Fe, Zn vagy Cu metabolizmusra csekély hatást gyakorol, ami arra utal, hogy az Slc39a14 elsősorban Mn transzporterként működik.

Az Mn toxicitás hátterében álló mechanizmus rosszul ismert. Bár a központi idegrendszer az Mn jól ismert elsődleges célpontja, jelenleg nem ismert, hogy Mn hogyan szállul át a vér-agy gáton. Eredményeink alapján úgy gondoljuk, hogy az SLC39A14 nem közvetíti közvetlenül az Mn felvételét az agyba; inkább a máj SLC39A14-nek van szisztémás hatása az Mn homeosztázisra. Emberekben az étkezési Mn a májba kerül, ahol konjugátumot képez az epével, majd kiválasztódik a belekbe [52, 53]. Emlősökben az Mn a bélrendszer farokrészeibe választódik ki [26]. Mivel az Slc39a14 a nyálkahártya sejtek bazolaterális membránján expresszálódik a proximális bélben [54], lehetséges, hogy az Slc39a14 szerepet játszik az Mn szekréciójában a proximális bélből. Adataink azt is sugallják, hogy a különböző szövetek közötti Mn felhalmozódási érzékenységbeli különbségek a fő Mn transzporterek különböző szöveteloszlásainak tulajdoníthatók.

Az Mn-toxicitás közvetlenül társult viselkedési és mozgásszervi rendellenességekkel emberi és állatmodellekben [51, 55], és a Ca2TA Na2-t gyakran használják magas nehézfém-szintek kelátképzésére, bár vegyes eredménnyel. Például a Na2 CaEDTA kelátterápia csökkentette az Mn-terhelést és megfordította az Mn-vel kapcsolatos neurotoxicitást az SLC39A14 mutációval rendelkező egyik betegnél, de más, azonos mutációjú betegnél nem volt hatása [4]. Megállapítottuk, hogy az Slc39a14-szekretáló egerek az agy magas Mn-szintjéhez kapcsolódó viselkedési és motoros hiányokat választottak ki, és a Na2CaEDTA-val végzett kezelés jelentősen csökkentette a szérum Mn-értékét és javította a mozgásszervi funkciót ezekben az egerekben.

Vázlatos modell, amely bemutatja a máj Slc39a14 szerepét intracelluláris és szisztémás Mn szinteken. (Az oldal tetejére) Normál étrendi körülmények között az Mn normál Slc39a14 szinttel (bal oldalon) az Mn-t a hepatociták felszívják az Slc39a14 Mn transzporterén keresztül (piros színnel), és az Mn exportőr Slc30a10-en keresztül exportálható (zöld színnel). Ezzel szemben az Slc39a14 expressziójának elvesztése a májsejtek Mn szintjének jelentős csökkenéséhez vezet (jobbra). (Alul) A magas Mn diéta fogyasztása nem tudja leküzdeni a csökkent Mn szintet az slc39a14 szekretáló hepatocitákban, ami fokozott szisztémás Mn felhalmozódáshoz vezet.