Manganese-induced α-synuclein overexpression promotes the accumulation of dysfunctional synaptic vesicles and hippocampal synaptotoxicity by suppressing Rab26-dependent autophagy in presynaptic neurons

自噬 共域化 海马结构 突触 细胞生物学 突触小泡 海马体 化学 突触蛋白I 神经元 突触蛋白 突触可塑性 体内 ATG16L1 转染 兴奋性突触后电位 生物 基因敲除 神经科学 神经递质 谢弗侧枝 下调和上调 长时程增强 神经传递 神经肽 运动前神经元活动 神经退行性变
作者
Zhuo Ma,Kuan Liu,Ruifeng Zhang,Zixin Xie,Wei Liu,Yu Deng,Xin Li,Bin Xu
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:858 (Pt 1): 159753-159753 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2022.159753
摘要

Manganese (Mn) overexposure induces learning and memory impairments in mice by disrupting the functions of synapses and synaptic vesicles (SVs) in the hippocampus, which is associated with α-synuclein (α-Syn) overexpression. Rab26-dependent autophagy is a key signaling step required for impaired SV clearance; however, it is unclear whether Mn-induced α-Syn overexpression is linked to dysregulated Rab26-dependent autophagy in presynaptic neurons. In this study, we developed manganism models in male C57BL/6 mice and hippocampal primary neurons to observe the associations between Mn-induced α-Syn overexpression and impaired SV accumulation. The results of the in vivo experiments showed that 100 and 200 μmol/kg Mn exposure significantly impaired memory and synaptic plasticity in the mice, which was related to the accumulation of impaired SVs in the hippocampus. Consistent with the in vivo outcomes, the level of in vitro injured SVs in the 50 and 100 μmol/L Mn-exposed neuron group were higher than that in the control group. Moreover, 100 μmol/L Mn suppressed the initiation of Rab26-dependent autophagy at the synapse. Then, we transfected neurons with LV-α-Syn short hairpin RNA (shRNA) and exposed the neurons to Mn for an additional 24 h. Surprisingly, the area of colocalization between Rab26 and Atg16L1 and the expression level of LC3II-positive SVs were both higher in Mn-exposed LV-α-Syn shRNA-transfected neurons than those in Mn-treated normal or Mn-treated LV-scrambled shRNA-transfected neurons. Thus, Mn-induced α-Syn overexpression was responsible for the dysregulation of Rab26-dependent autophagy, thereby promoting the accumulation of injured SVs, and causing synaptotoxicity and cognitive and memory deficits in mice.
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