Syntaxin 4增强的质膜修复在骨骼肌中独立于dysferlin

2025-02-23 Sun
Syntaxin 4 增强的质膜修复在骨骼肌中独立于 Dysferlin背景介绍质膜修复（Plasma Membrane Repair, PMR）是细胞维持膜完整性的重要过程，能够防止细胞死亡，尤其在骨骼肌等关键器官中尤为重要。Dysferlin 是一种位于肌膜上的钙离子结合蛋白，已被证明在骨骼肌的质膜修复中起关键作用。先前的研究表明，质膜修复涉及膜运输和膜融合过程，类似于神经传递中的机制。可溶性 N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体（SNAREs）在神经传递中通过钙离子结合蛋白 Synaptotagmin 的辅助介导膜融合。有趣的是，Dysferlin 与 Synaptotagmin 在结构上具有相似性，并且在脂质体实验中能够促进 SNARE 介导的膜融合。然而，Dysferlin 是否在肌肉细胞的 SNARE 介导的质膜修复中发挥作用仍不明确。
本研究旨在通过药理学和遗传学方法，测试 SNARE 介导的质膜修复在肌肉细胞中是否需要 Dysferlin。研究使用了 Tat-NSF700 来破坏 SNARE 复合物的解离，从而干扰 SNARE 的功能。研究结果表明，Syntaxin 4（Stx4）增强的质膜修复在骨骼肌中独立于 Dysferlin，为理解质膜修复机制提供了新的视角。
论文来源本论文由 Hsin-Yu Chen 和 Daniel E. Michele 撰写，两人均来自美国密歇根大学（University of Michigan）的分子与综合生理学系和内科系。论文于 2025 年 1 月发表在《American Journal of Physiology - Cell Physiology》期刊上，DOI 为 10.1152/ajpcell.00507.2024。
研究流程与结果1. Tat-NSF700 处理对机械拉伸诱导的膜损伤的影响研究流程：

研究首先使用 Tat-NSF700 处理人诱导多能干细胞衍生的心肌细胞（hiPSC-CMs），以抑制 NSF（N-乙基马来酰亚胺敏感因子）的 ATP 酶活性，从而阻止 SNARE 复合物的解离。随后，研究对这些细胞施加等轴机械拉伸，并使用碘化丙啶（Propidium Iodide, PI）标记膜损伤的细胞。通过免疫荧光染色标记心肌细胞的特异性标志物 Troponin I（TnI）和核染色剂 DAPI，计算 PI 阳性细胞的比例。
结果：

与对照组相比，Tat-NSF700 处理的 hiPSC-CMs 在机械拉伸后显示出更高的 PI 阳性细胞比例，表明 SNARE 复合物的功能失调导致细胞膜完整性受损。
2. Tat-NSF700 处理对激光诱导的膜损伤的影响研究流程：

研究进一步在小鼠屈趾短肌（Flexor Digitorum Brevis, FDB）纤维上进行激光诱导的膜损伤实验。使用 FM1-43 染料标记膜损伤部位，并通过钙离子成像染料 Fluo-4 监测细胞内钙离子水平的变化。Tat-NSF700 处理后的 FDB 纤维在激光损伤后，FM1-43 摄取减少，但钙离子内流增加。
结果：

FM1-43 摄取减少表明 Tat-NSF700 处理可能抑制了 SNARE 介导的内吞作用，而钙离子内流增加则表明 SNARE 复合物的功能失调导致质膜修复效率降低。
3. Stx4 和 SNAP23 的过表达对质膜修复的影响研究流程：

研究通过体内电穿孔技术将 Stx4-mCitrine 或 EGFP-SNAP23 表达载体导入 FDB 纤维中。通过钙离子成像染料 Rhod-2 监测激光损伤后的钙离子水平变化。
结果：

过表达 Stx4 或 SNAP23 的 FDB 纤维在激光损伤后显示出较低的钙离子内流，表明 Stx4 和 SNAP23 的过表达能够增强质膜修复。
4. Stx4 过表达在 Dysferlin 缺陷型 FDB 纤维中的作用研究流程：

研究使用 Dysferlin 缺陷的小鼠模型（A/J 小鼠），通过体内电穿孔将 Stx4-mCitrine 表达载体导入 FDB 纤维中，并进行激光损伤实验和钙离子成像。
结果：

在 Dysferlin 缺陷的 FDB 纤维中，Stx4 的过表达同样能够降低激光损伤后的钙离子内流，表明 Stx4 增强的质膜修复在 Dysferlin 缺陷的骨骼肌中仍然有效。
结论与意义本研究表明，SNARE 介导的膜融合在骨骼肌的质膜修复中起重要作用，而 Syntaxin 4 增强的质膜修复在 Dysferlin 缺陷的骨骼肌中仍然有效。这一发现为理解质膜修复的分子机制提供了新的视角，并为治疗 Dysferlin 相关的肌肉疾病（如肢带型肌营养不良症）提供了潜在的治疗靶点。
研究亮点SNARE 复合物在质膜修复中的作用：研究首次通过实验证明 SNARE 复合物的功能在骨骼肌的质膜修复中起关键作用。
Syntaxin 4 的独立作用：研究发现 Syntaxin 4 增强的质膜修复在 Dysferlin 缺陷的骨骼肌中仍然有效，表明 SNARE 介导的质膜修复可能不依赖于 Dysferlin。
新型实验方法：研究使用了 Tat-NSF700 抑制 SNARE 复合物的解离，并结合激光损伤和钙离子成像技术，为研究质膜修复提供了新的实验手段。
其他有价值的信息研究还探讨了其他钙离子结合蛋白（如 Synaptotagmin VII 和 Annexin A2）在质膜修复中的潜在作用，为未来的研究提供了方向。此外，研究数据将在合理请求下公开，为其他研究者提供了进一步分析的可能性。
通过本研究，我们对骨骼肌质膜修复的分子机制有了更深入的理解，并为相关疾病的治疗提供了新的思路。