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SOD1 靶向定位于线粒体膜间隙可预防 Sod1 敲除小鼠的运动神经病。

SOD1 targeted to the mitochondrial intermembrane space prevents motor neuropathy in the Sod1 knockout mouse.

机构信息

Department of Neurology, Emory University School of Medicine, Atlanta, GA 30322, USA.

出版信息

Brain. 2011 Jan;134(Pt 1):196-209. doi: 10.1093/brain/awq314. Epub 2010 Nov 14.

Abstract

Motor axon degeneration is a critical but poorly understood event leading to weakness and muscle atrophy in motor neuron diseases. Here, we investigated oxidative stress-mediated axonal degeneration in mice lacking the antioxidant enzyme, Cu,Zn superoxide dismutase (SOD1). We demonstrate a progressive motor axonopathy in these mice and show that Sod1(-/-) primary motor neurons extend short axons in vitro with reduced mitochondrial density. Sod1(-/-) neurons also show oxidation of mitochondrial--but not cytosolic--thioredoxin, suggesting that loss of SOD1 causes preferential oxidative stress in mitochondria, a primary source of superoxide in cells. SOD1 is widely regarded as the cytosolic isoform of superoxide dismutase, but is also found in the mitochondrial intermembrane space. The functional significance of SOD1 in the intermembrane space is unknown. We used a transgenic approach to express SOD1 exclusively in the intermembrane space and found that mitochondrial SOD1 is sufficient to prevent biochemical and morphological defects in the Sod1(-/-) model, and to rescue the motor phenotype of these mice when followed to 12 months of age. These results suggest that SOD1 in the mitochondrial intermembrane space is fundamental for motor axon maintenance, and implicate oxidative damage initiated at mitochondrial sites in the pathogenesis of motor axon degeneration.

摘要

运动神经元轴突退变是导致运动神经元疾病出现肌肉无力和萎缩的关键但尚未完全阐明的事件。在这里,我们研究了缺乏抗氧化酶 Cu,Zn 超氧化物歧化酶(SOD1)的小鼠中的氧化应激介导的轴突退变。我们在这些小鼠中证明了进行性运动轴突病,并表明 Sod1(-/-)原代运动神经元在体外具有较短的轴突,线粒体密度降低。 Sod1(-/-)神经元还显示线粒体硫氧还蛋白的氧化 - 但不是细胞质 - 这表明 SOD1 的丧失导致线粒体中优先发生氧化应激,线粒体是细胞中超氧自由基的主要来源。 SOD1 被广泛认为是超氧化物歧化酶的细胞质同工酶,但也存在于线粒体膜间隙中。 SOD1 在膜间隙中的功能意义尚不清楚。我们使用转基因方法将 SOD1 专门表达在膜间隙中,发现线粒体 SOD1足以防止 Sod1(-/-)模型中的生化和形态缺陷,并在这些小鼠中挽救其运动表型,直到 12 个月大。这些结果表明,线粒体膜间隙中的 SOD1 对于运动神经元轴突的维持至关重要,并暗示了线粒体部位引发的氧化损伤在运动神经元轴突退变的发病机制中起作用。

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Mitochondrial abnormalities in spinal and bulbar muscular atrophy.脊髓延髓肌肉萎缩症中的线粒体异常
Hum Mol Genet. 2009 Jan 1;18(1):27-42. doi: 10.1093/hmg/ddn310. Epub 2008 Sep 29.

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