DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07167-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38480879
تاريخ النشر: 2024-03-13
المؤلف: Luca Peruzzotti‐Jametti وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات الالتهاب العصبي والتنكس العصبي
نظرة عامة
في هذا القسم، تحقق الدراسة في الديناميات الخلوية في نموذج الفأر للتصلب المتعدد (MS) من خلال تحفيز التهاب الدماغ المناعي التجريبي (EAE) باستخدام ببتيد بروتين الغلاف المايليني 35-55 (MOG 35-55). قام الباحثون بعزل مجموعتين خلاويتين متميزتين من الحبل الشوكي لفئران EAE في مراحل مرضية مختلفة: خلايا ميكروغليا RFP + YFP + وخلايا ميويد infiltrating RFP – YFP +، باستخدام فرز الخلايا المعتمد على الفلورية (FACS). كانت فئران Cx3cr1-YFP creERT2 R26 tdTomato غير المحصنة تعمل كضوابط صحية.
كشف تحليل تسلسل RNA أحادي الخلية (scRNA-seq) عن زيادة كبيرة في خلايا الميويد المتسللة خلال المرحلة الحادة من EAE (A-EAE)، التي حدثت بعد ثلاثة أيام من البداية، بينما كانت الميكروغليا موجودة بشكل رئيسي في كل من الضوابط الصحية وفئران EAE المزمنة (C-EAE)، التي تم تقييمها بعد 50 يومًا من التحصين. تؤكد هذه النتيجة على التركيب الخلوي والديناميات المختلفة المرتبطة بتقدم EAE، مما يبرز دور خلايا الميويد المتسللة في المرحلة الحادة من المرض.
نقاش
في هذه الدراسة، تحققنا من الديناميات النسخية والتمثيلية للميكروغليا خلال تقدم التهاب الدماغ المناعي التجريبي (EAE)، وهو نموذج للتصلب المتعدد (MS). كشفت نتائجنا عن تجمعات متميزة من الميكروغليا المرتبطة بالمرض (DAMs) التي أظهرت مستويات متفاوتة من التنشيط والملفات التمثيلية عبر مراحل مختلفة من EAE. من الجدير بالذكر أن تجمع DAM 4 أظهر حالة تنشيط مستمرة تتميز بزيادة التعبير عن الجينات المتعلقة بالتحلل السكري والفوسفوريلاسيون المؤكسد، مما يشير إلى تحول تمثيلي يدعم الالتهاب المزمن. أشار التحليل إلى أنه مع تقدم EAE من الحاد (A-EAE) إلى المزمن (C-EAE)، أظهرت الميكروغليا مستويات منخفضة من الفوسفوكرياتين وATP، جنبًا إلى جنب مع انخفاض في الاستجابات المضادة للأكسدة، والتي ارتبطت بزيادة الإجهاد التأكسدي والقدرة السامة العصبية.
علاوة على ذلك، حددنا دورًا كبيرًا لمجمع الميتوكوندريا I (CI) في الوساطة لإنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) خلال الالتهاب المزمن. أدى تثبيط نشاط CI إلى تقليل توليد ROS والسُمية العصبية في كل من الميكروغليا البشرية والفأرية، مما يبرز إمكانيته كهدف علاجي. أظهرت تجاربنا الحية أن الإزالة الشرطية لـ Ndufs4، وهو مكون من CI، في خلايا الميويد أدت إلى تقليل شدة المرض والإجهاد التأكسدي في فئران EAE. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت التدخلات الدوائية باستخدام مثبطات CI وCII وعدًا في تخفيف أعراض EAE، مما يشير إلى أن استهداف وظيفة الميتوكوندريا قد يوفر استراتيجية جديدة لإدارة الالتهاب المزمن في الجهاز العصبي المركزي المرتبط بالتصلب المتعدد. بشكل عام، تؤكد هذه الأبحاث على التفاعل الحاسم بين التمثيل الغذائي للميكروغليا والالتهاب العصبي، مما يقدم رؤى حول الطرق العلاجية المحتملة للأمراض العصبية التنكسية المزمنة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07167-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38480879
Publication Date: 2024-03-13
Author(s): Luca Peruzzotti‐Jametti et al.
Primary Topic: Neuroinflammation and Neurodegeneration Mechanisms
Overview
In this section, the study investigates the cellular dynamics in a mouse model of multiple sclerosis (MS) by inducing experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) using myelin oligodendrocyte glycoprotein peptide 35-55 (MOG 35-55). The researchers isolated two distinct cell populations from the spinal cords of EAE mice at different disease stages: RFP + YFP + microglia and RFP – YFP + infiltrating myeloid cells, utilizing fluorescence-activated cell sorting (FACS). Non-immunized Cx3cr1-YFP creERT2 R26 tdTomato mice served as healthy controls.
Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) analysis revealed a significant increase in infiltrating myeloid cells during the acute phase of EAE (A-EAE), occurring three days post-onset, while microglia were predominantly present in both healthy controls and chronic EAE (C-EAE) mice, which were assessed 50 days post-immunization. This finding underscores the differential cellular composition and dynamics associated with the progression of EAE, highlighting the role of infiltrating myeloid cells in the acute phase of the disease.
Discussion
In this study, we investigated the transcriptional and metabolic dynamics of microglia during the progression of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), a model for multiple sclerosis (MS). Our findings revealed distinct clusters of disease-associated microglia (DAMs) that exhibited varying levels of activation and metabolic profiles across different stages of EAE. Notably, DAM cluster 4 demonstrated a persistent activation state characterized by increased expression of genes related to glycolysis and oxidative phosphorylation, suggesting a metabolic shift that supports chronic inflammation. The analysis indicated that as EAE progressed from acute (A-EAE) to chronic (C-EAE), microglia exhibited reduced levels of phosphocreatine and ATP, alongside a decrease in antioxidant responses, which correlated with heightened oxidative stress and neurotoxic potential.
Furthermore, we identified a significant role for mitochondrial complex I (CI) in mediating reactive oxygen species (ROS) production during chronic inflammation. Inhibition of CI activity reduced ROS generation and neurotoxicity in both mouse and human microglia, highlighting its potential as a therapeutic target. Our in vivo experiments demonstrated that conditional knockout of Ndufs4, a CI component, in myeloid cells led to decreased disease severity and oxidative stress in EAE mice. Additionally, pharmacological interventions using CI and CII inhibitors showed promise in ameliorating EAE symptoms, suggesting that targeting mitochondrial function may provide a novel strategy for managing chronic CNS inflammation associated with MS. Overall, this research underscores the critical interplay between microglial metabolism and neuroinflammation, offering insights into potential therapeutic avenues for chronic neurodegenerative diseases.