去泛素化酶OTUD1通过抑制RIPK1介导的NF-κB信号通路抑制结肠炎症

The deubiquitinase OTUD1 inhibits colonic inflammation by suppressing RIPK1-mediated NF-κB signaling

作者信息Bo Wu, Lihua Qiang, Yong Zhang, Yesheng Fu, Mengyuan Zhao, Zehui Lei, Zhe Lu, Yan-Ge Wei, Hongmiao Dai, Yingwei Ge, Mingqiu Liu, Xuemei Zhou, Zhiqiang Peng, Hongchang Li, Chun-Ping Cui, Jing Wang, Hui Zheng, Cui Hua Liu, Lingqiang Zhang
PMID34876703
发布时间2022-02
DOI10.1038/s41423-021-00810-9

实验完整度

高

包含体外细胞实验(如U937、BMDM)、体内DSS结肠炎模型、骨髓移植、临床样本分析及机制验证(去泛素化、NF-κB活性等)。

主要模型

小鼠DSS诱导的结肠炎模型 骨髓嵌合小鼠模型 U937细胞系 小鼠骨髓来源巨噬细胞

重点核对

2.5% DSS诱导结肠炎模型 骨髓移植实验(WT或Otud1-/-骨髓移植) LPS刺激(100 ng/mL) OTUD1过表达或敲低 RIPK1 K627突变体

摘要

E3泛素连接酶介导的泛素化和去泛素化酶介导的去泛素化过程与结肠炎症的发生和发展密切相关。卵巢肿瘤去泛素化酶1(OTUD1)参与与感染性疾病相关的免疫调节功能。然而,在结肠炎症性疾病如炎症性肠病(IBD)中,OTUD1对肠道免疫反应的影响尚不清楚。在这里,我们显示小鼠中OTUD1的缺失通过促炎细胞因子的过度释放促进葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎的发病。此外,骨髓移植实验表明,造血细胞中的OTUD1在抗结肠炎中发挥主导作用。机制上,OTUD1与受体相互作用丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1(RIPK1)物理相互作用,并选择性切割RIPK1上的K63连接的多聚泛素链,以抑制NF-κB必需调节因子(NEMO)的招募。此外,溃疡性结肠炎(UC)患者黏膜样本中OTUD1的表达低于健康对照黏膜样本。进一步,我们证明与UC相关的OTUD1 G430V突变消除了OTUD1抑制RIPK1介导的NF-κB活化和肠道炎症的能力。总之,我们的研究揭示了OTUD1通过抑制RIPK1介导的NF-κB活化来调节肠道炎症的新作用,提示OTUD1-RIPK1轴可能成为治疗IBD的潜在靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
OTUD1在结肠炎症(如IBD)中的功能及其分子机制是什么?
核心机制
OTUD1通过其去泛素化酶活性去除RIPK1上的K63连接泛素链(特别是K627位点),抑制RIPK1与NEMO的相互作用,从而抑制NF-κB信号通路激活和促炎细胞因子产生。
主要证据
DSS诱导的结肠炎模型中Otud1-/-小鼠症状加重;骨髓移植表明造血细胞中OTUD1起保护作用;免疫共沉淀和体外去泛素化实验证明OTUD1与RIPK1互作并去泛素化RIPK1;UC患者样本中OTUD1表达降低;G430V突变丧失功能。
研究意义
揭示OTUD1在维持肠道稳态中的关键作用,提示靶向OTUD1-RIPK1轴可能成为治疗IBD的潜在策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

OTUD1表达响应LPS或EPEC感染

筛选并验证OTUD1在炎症刺激下的表达变化

用LPS刺激U937细胞或感染EPEC,检测OTUD1 mRNA和蛋白表达;分析启动子甲基化状态。

2

DSS诱导结肠炎模型评估OTUD1功能

比较WT和Otud1-/-小鼠对DSS诱导结肠炎的易感性

给予2.5% DSS饮水6天,记录体重、便血、结肠长度、组织病理和免疫细胞浸润。

3

骨髓移植实验验证造血细胞中OTUD1的作用

确定OTUD1在造血细胞中的保护作用

将WT或Otud1-/-骨髓细胞移植到致死辐照的受体小鼠,重建后诱导结肠炎。

4

cytokine production analysis

检测OTUD1缺失对促炎细胞因子产生的影响

分离BMDMs或结肠组织,用LPS刺激或DSS处理后,检测Il-6、Il-1β、Tnf-α mRNA和蛋白水平。

5

NF-κB信号通路活性检测

研究OTUD1对LPS诱导NF-κB活化的影响

在OTUD1过表达或敲低细胞中检测NF-κB报告基因活性及p65、IκBα磷酸化水平。

6

鉴定OTUD1相互作用蛋白及结构域

寻找OTUD1的底物并确定相互作用区域

通过免疫共沉淀、GST pull-down和质谱鉴定相互作用蛋白,利用截断突变体确定结构域。

7

去泛素化实验

验证OTUD1对RIPK1的去泛素化作用及位点

在细胞中过表达OTUD1或突变体,检测RIPK1泛素化水平,使用泛素突变体确定链类型,鉴定K627位点。

8

临床样本关联分析

评估OTUD1表达与人类UC的关系

分析公开的UC患者结肠黏膜转录组数据,比较OTUD1表达;检测UC相关突变G430V的功能。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
抗OTUD1抗体 (Abcam, #122481)Abcam122481
抗RIPK1抗体 (CST, #3493)CST3493
抗RIPK1抗体 (BD Biosciences, #610459)BD Biosciences610459
抗p65抗体 (CST, #8242)CST8242
抗磷酸化p65 (Ser536)抗体 (CST, #3031)CST3031
抗IκBα抗体 (CST, #4814)CST4814
抗NEMO抗体 (CST, #2695)CST2695
抗K48连接特异性多聚泛素抗体 (CST, #12805)CST12805
抗K63连接特异性多聚泛素抗体 (CST, #12930)CST12930
抗磷酸化IκBα抗体 (CST, #2859)CST2859
抗Myc抗体 (MBL, #M047-3)MBLM047-3
抗DDDDK抗体 (MBL, #M185-3L)MBLM185-3L
抗泛素抗体 (MBL, #D058-3)MBLD058-3
抗HA抗体 (MBL, #M180-3)MBLM180-3
抗GFP抗体 (Proteintech, #50430-2-AP)Proteintech50430-2-AP
抗肌动蛋白抗体 (ABclonal, #AC026)ABclonalAC026
RPMI-1640培养基----
DMEM培养基----
脂多糖 (Sigma-Aldrich, #L7895)Sigma-AldrichL7895
佛波酯 (InvivoGen, 16561-29-8)InvivoGen16561-29-8
poly(I:C) HMW (InvivoGen, tlrl-pic)InvivoGentlrl-pic
巨噬细胞集落刺激因子 (Sino Biological, 51112-M08H)Sino Biological51112-M08H
TRIzol试剂 (Invitrogen)Invitrogen--
ReverTra Ace qPCR Master Mix (Toyobo, FSQ-201)ToyoboFSQ-201
2× RealStar Green Fast Mixture (GenStar, A301)GenStarA301
基因组提取试剂盒 (TIANGEN, DP304)TIANGENDP304
DNA甲基化亚硫酸盐试剂盒 (Vazyme, EM101-01)VazymeEM101-01
2× EpiArt HS Taq Master Mix (Vazyme, EM201)VazymeEM201
SYBR Safe DNA凝胶染料 (Thermo Fisher Scientific, S33102)Thermo Fisher ScientificS33102
FluorChem R成像系统 (Protein Simple)Protein Simple--
CpG甲基转移酶 (NEB, M0226S)NEBM0226S
葡聚糖硫酸钠 (MP Biomedicals, MP-0216011050)MP BiomedicalsMP-0216011050
嘌呤霉素----
聚凝胺----
萘啶酮酸钠盐 (Sigma, N4382)SigmaN4382
胶原酶II (YEASEN)YEASEN--
胶原酶III (YEASEN)YEASEN--
脱氧核糖核酸酶I (YEASEN)YEASEN--
蛋白A/G琼脂糖珠 (Santa Cruz, sc-2003)Santa Cruzsc-2003
蛋白酶抑制剂混合物 (MCE, HY-K0010)MCEHY-K0010
Lipofectamine 2000转染试剂 (Invitrogen)Invitrogen--
双荧光素酶检测系统 (Promega)Promega--
GST-OTUD1融合蛋白----
谷胱甘肽-Sepharose 4B珠 (GE)GE--
MG132 (MCE, HY-13259)MCEHY-13259
Ni-NTA基质 (QIAGEN)QIAGEN--
抗RIPK1抗体----
λ蛋白磷酸酶----
骨髓来源巨噬细胞----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
DSS诱导结肠炎模型
DSS浓度、处理时间、小鼠品系和性别
阅读提示:Materials and methods: DSS-induced colitis model
骨髓移植实验
辐照剂量、移植细胞数、重建时间
阅读提示:Materials and methods: Bone marrow transplantation experiments
细胞培养和刺激
细胞系、PMA浓度、LPS浓度、刺激时间
阅读提示:Materials and methods: Cell culture, Bacterial infection
信号通路检测
NF-κB报告基因实验条件、抗体信息
阅读提示:Materials and methods: Dual-luciferase reporter assay, Immunoprecipitation and immunoblotting