本文由brainnews脑科学世界团队原创编译|脑跨膜蛋白质组的多区域分析揭示了抑郁症的新调节因子( 二 ) 本文由brainnews脑科学世界团队

总之，这些富含GPCR的大脑区域的蛋白分布模式将为它们在大脑中的转录后调节和未表征的功能提供新的线索。

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图3跨膜蛋白编码基因在转录组和蛋白质组水平的多区域表达谱
4.基于多区域蛋白共表达分析的GPCR相互作用预测
基于作者的高准确度的跨膜蛋白质组分子图谱，进一步构建了120个GPCR与1159个跨膜蛋白质在脑组织中可能形成的内源性蛋白互作网络。以大麻素受体1(CB1)和亮氨酸的重复跨膜蛋白FLRT3为例，免疫染色同时观察到了海马神经元和HIP中CB1和FLRT3的共定位。
邻近连接试验(PLA)确认两种蛋白质在中国仓鼠卵巢(CHO)细胞和原代神经元中的紧密物理分布。免疫沉淀(IP)验证CB1和FLRT3在体外的相互作用。

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图4高度精确的共表达分析预测的GPCR和跨膜蛋白相互作用网络(PCC>0.9)
5.在小鼠抑郁模型中分析多脑区的跨膜蛋白质组
作者针对多重慢性压力诱导的抑郁模型（CUMS）构建了一个的最大DDA库和一个源自DIAMS数据的GPCR混合库，其中包含524个小鼠GPCR的完整补充。
从CUMS模型的每个大脑区域中的GPCR、离子通道和转运蛋白家族中鉴定了离散的差异表达(DE)跨膜蛋白集。根据PCA图，在PFC和HY中发现了数量最多的DE跨膜蛋白，这两个大脑区域对情绪调节和压力反应至关重要。
从CUMS模型的大脑蛋白质组分析中鉴定了来自三个家族的91个上调和142个下调的独特蛋白质，它揭示了与抑郁症发病机制相关的跨膜蛋白质组重构的最全面的景观。而传统的方法分析CUMS模型的整个小鼠大脑时，仅发现了16种异常调节的蛋白质。
在我们的研究中发现的这组233种DE跨膜蛋白富含13条通路，包括突触囊泡循环、尼古丁成瘾、氧化磷酸化、钙信号和腺苷3',5'-单磷酸(cAMP)信号，富含已知参与帕金森病和阿尔茨海默病发展的分子，这可能表明神经退行性疾病和抑郁症之间存在共同的分子机制。

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图5抑郁症CUMS模型中小鼠大脑的跨膜蛋白质组分析
6.发现两种GPCR蛋白作为抑郁症的新调节剂
【本文由brainnews脑科学世界团队原创编译|脑跨膜蛋白质组的多区域分析揭示了抑郁症的新调节因子】通过体内药物干预和/或基因操作发现35种GPCR显示在PFC ， HIP或HY显著差异表达，这三个脑区都与情绪和抑郁症相关，且这三个脑区中19种GPCR已被文献证明是抑郁样行为的公开调节因子，是潜在的抗抑郁靶点。
作者选择了NmbR和Fzd7这两个未验证与抑郁症有关的GPCR进行功能评估。通过行为学和药理学实验，验证了NmbR和Fzd7具有快速抗抑郁反应。

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图6从抑郁模型三个特定脑区中发现的差异表达GPCR及其与抑郁行为的关联

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图7小鼠模型中抑郁样行为的新型GPCR调节因子的发现
结论
综上，本文开发了一种新的技术来表征脑组织中跨膜蛋白质组的区域分布和动态。当这项技术应用于疾病模型并与体内药理学相结合时，可以非常有效地发现驱动疾病表型的分子调节剂。
上海科技大学iHuman研究所水雯箐课题组研究助理李珊珊、生命科学与技术学院博士研究生罗火青、娄容珲与iHuman研究所成像平台田翠萍为本文共同第一作者，水雯箐教授、胡霁教授、钟桂生教授为共同通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。该工作也得到上科大徐菲课题组与中科院生物与化学交叉中心张耀阳课题组的参与和支持。