细胞内AIBP(载脂蛋白A-I结合蛋白)调节巨噬细胞中氧化型低密度脂蛋白诱导的线粒体自噬

Intracellular AIBP (Apolipoprotein A-I Binding Protein) Regulates Oxidized LDL (Low-Density Lipoprotein)-Induced Mitophagy in Macrophages

作者信息Soo-Ho Choi, Colin Agatisa-Boyle, Ayelet Gonen, Alisa Kim, Jungsu Kim, Elena Alekseeva, Sotirios Tsimikas, Yury I Miller
PMID33356389
发布时间2021-02
DOI10.1161/ATVBAHA.120.315485

实验完整度

高

包含体外细胞实验、基因敲除小鼠模型、人类样本分析及机制研究,多层级验证AIBP功能。

主要模型

骨髓来源巨噬细胞(BMDM) Apoa1bp敲除小鼠 人类颈动脉斑块标本

重点核对

BMDM用25 μg/ml OxLDL处理24小时 WT与Apoa1bp−/−小鼠Ldlr敲减并喂西方饮食12周 100 nM Bafilomycin A1预处理1小时 共转染flag-AIBP、PARK2-myc、MFN1/2-myc于HEK293

摘要

目的:动脉粥样硬化病变常以氧化型低密度脂蛋白(OxLDL)的积累为特征,这与血管炎症和病变易破裂相关。细胞外载脂蛋白A-I结合蛋白(AIBP,由APOA1BP基因编码)分泌后促进胆固醇外流并调节脂筏动力学,但其作为哺乳动物细胞内的蛋白质的功能仍未知。本研究旨在确定细胞内AIBP在暴露于OxLDL的巨噬细胞及动脉粥样硬化病变中的功能。方法及结果:利用一种针对人和小鼠AIBP的新型单克隆抗体(二者高度同源),我们证明了AIBP在人及小鼠动脉粥样硬化病变中高表达。与野生型小鼠相比,来源于Apoa1bp−/−小鼠的骨髓来源巨噬细胞在暴露于OxLDL后,自噬显著减少。在Ldlr敲减并喂养西方饮食的Apoa1bp−/−小鼠的动脉粥样硬化病变中,与野生型小鼠相比,自噬减少而凋亡增加。AIBP表达对于暴露于OxLDL的巨噬细胞中ROS和细胞死亡的有效控制以及线粒体质量控制是必需的。定位于线粒体的AIBP通过其N端结构域与E3泛素蛋白连接酶Parkin(PARK2)、线粒体融合蛋白(MFN)-1和MFN2结合,但不与Bcl2/腺病毒E1B 19-kDa相互作用蛋白3(BNIP3)结合,并调节MFN1和MFN2的泛素化,这是线粒体自噬的关键组分。结论:这些数据表明细胞内AIBP是巨噬细胞自噬的新调节因子。定位于线粒体的AIBP增强线粒体自噬并参与线粒体质量控制,在动脉粥样硬化背景下保护巨噬细胞免受细胞死亡。

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
细胞内AIBP在巨噬细胞应对OxLDL时是否调节自噬/线粒体自噬及其机制?
核心机制
线粒体定位的AIBP通过其N端结构域与PARK2、MFN1和MFN2结合,增强PARK2与MFN1/2的相互作用,并促进MFN1/2的泛素化,从而促进线粒体自噬,维持线粒体质量控制。
主要证据
Apoa1bp−/−小鼠的BMDM在OxLDL刺激下LC3-II积累减少,线粒体LC3-II降低,mt-Keima信号减少,ROS和凋亡增加;Apoa1bp−/−小鼠动脉粥样硬化病变中LC3减少、TUNEL阳性巨噬细胞增加;免疫共沉淀显示AIBP与PARK2、MFN1/2结合,且AIBP增强MFN1/2的泛素化。
研究意义
增加细胞内AIBP表达以增强线粒体质量控制可能在动脉粥样硬化中具有治疗意义。

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

AIBP在动脉粥样硬化病变中的表达

确定AIBP是否存在于人类和小鼠动脉粥样硬化病变中。

利用BE-1单克隆抗体对小鼠主动脉根部切片和人类颈动脉内膜切除术标本进行免疫组化染色,与巨噬细胞标记CD68共定位。

2

OxLDL对AIBP表达的调控

测试OxLDL是否影响巨噬细胞AIBP蛋白表达。

将WT BMDM用25 μg/ml OxLDL处理不同时间,免疫印迹检测AIBP表达变化。

3

AIBP对OxLDL诱导巨噬细胞自噬的影响

比较WT和Apoa1bp−/−巨噬细胞在OxLDL刺激下的自噬水平。

WT和Apoa1bp−/− BMDM用OxLDL处理,通过免疫印迹检测LC3-II,进行免疫荧光计数LC3斑点,并用巴弗洛霉素A1处理观察LC3-II积累。

4

AIBP对体内动脉粥样硬化病变中巨噬细胞自噬和凋亡的影响

在体内验证AIBP缺乏对动脉粥样硬化病变中自噬和凋亡的影响。

Ldlr ASO注射并高脂喂养12周后,收集主动脉根部,进行LC3和CD68免疫组化,TUNEL染色检测凋亡,分析坏死核心面积。

5

AIBP对ROS和凋亡的影响

确定AIBP缺乏是否影响OxLDL诱导的ROS产生和细胞凋亡。

WT和Apoa1bp−/− BMDM用OxLDL处理,使用DCF-DA和MitoSox检测总ROS和线粒体ROS,Annexin V染色检测凋亡。

6

AIBP对线粒体自噬和线粒体功能的影响

测试AIBP是否调节OxLDL诱导的线粒体自噬和线粒体膜电位。

分离线粒体检测LC3-II,使用mt-Keima实验检测线粒体自噬通量,JC-1染色检测膜电位,免疫印迹检测OXPHOS复合物。

7

AIBP与PARK2、MFN1/2的相互作用

确定AIBP是否与线粒体自噬相关蛋白结合及结合区域。

在HEK293细胞中共转染flag-AIBP和PARK2-myc等,进行免疫共沉淀,免疫印迹检测相互作用;使用AIBP截短突变体(25-289 aa和52-289 aa)进行定位分析。

8

AIBP对MFN1/2泛素化的影响

验证AIBP是否增强MFN1和MFN2的泛素化。

在HEK293细胞中共转染AIBP、ubiquitin、MFN1/2,通过免疫沉淀检测MFN的泛素化水平。

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。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
验证免疫效应
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Cellgro10-013-CV
胎牛血清Omega ScientificFB-01
庆大霉素Omega ScientificGT-10
嘌呤霉素InvivoGenant-pr-1
杀稻瘟菌素InvivoGenant-bl-05
人天然低密度脂蛋白Alfa AesarBT-603
硫酸铜----
油红OSigma-AldrichO0625
异丙醇Fisher ScientificA416500
APC偶联抗CD36抗体BioLegend--
FACSCanto II流式细胞仪BD Bioscience--
DCF-DA荧光探针InvitrogenD399
MitoSox Red线粒体超氧化物指示剂Invitrogen--
抗LC3抗体Cell Signaling Technology4108
抗LC3抗体Cell Signaling Technology12741
抗β-肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology4967
抗SIRT3抗体Cell Signaling Technology5490
抗磷酸化ULK1抗体Cell Signaling Technology5869
抗VDAC抗体Cell Signaling Technology4661
抗PARKIN抗体Santa Cruz Biotechnologysc-32282
抗myc抗体Santa Cruz Biotechnologysc-40
抗ha抗体Santa Cruz Biotechnologysc-805
抗ULK1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-390904
抗Beclin1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-11427
抗泛素抗体Santa Cruz Biotechnologysc-8017
抗flag抗体Sigma-AldrichF3165
抗SQSTM1/p62抗体Abcamab56416
Alexa Fluor 488标记抗兔IgGInvitrogenA11034
Alexa Fluor 568标记抗小鼠IgGInvitrogenA11031
Alexa Fluor 568标记抗大鼠IgGInvitrogenA11077
Alexa Fluor 647标记抗小鼠IgGInvitrogenA21237
OXPHOS抗体混合物Invitrogen45-7999
抗LDLR抗体Proteintech10785-1-AP
抗CD68抗体BioLegend137001
抗CD36抗体BioLegend102612
抗CD16/CD32抗体(FcRr阻断剂)BD Bioscience553141
抗CD31抗体BD Bioscience562939
巴弗洛霉素A1Calbiochem196000
MitoProbe JC-1检测试剂盒Thermo Fisher ScientificM34152
pCHAC-mt-mKeima质粒Addgene72342
聚凝胺Sigma-AldrichH9268
GenJet体外DNA转染试剂SignaGen Laboratories--
蛋白A/G琼脂糖珠Genesee Scientific20-528
蛋白A/G琼脂糖珠Genesee Scientific20-537
Nu-PAGE Bis-Tris凝胶Invitrogen--
Nucleospin RNA柱Clontech--
cDNA EcoDry合成试剂Clontech--
KAPA SYBR FAST通用qPCR试剂盒KAPA BiosystemsKK4602
Rotor Gene Q热循环仪Qiagen--
Prolong Gold抗淬灭封片剂(含DAPI)Cell Signaling Technology--
Annexin V-FITC凋亡检测试剂盒eBioscienceBMS500FI
线粒体分离试剂盒Thermo Fisher Scientific89874
TMR红色原位细胞死亡检测试剂盒Sigma-Aldrich12156792910
西方饮食EnvigoTD.96121
抗Ldlr反义寡核苷酸Ionis Pharmaceuticals, Inc.--
Vector Red底物VectorSK-5100
Simpo-Mount封片剂IHC WorldEO3-18
NanoZoomer玻片扫描仪Hamamatsu--
Airyscan共聚焦显微镜Carl Zeiss--
UVP成像系统UVP--
ClonaCell-HY杂交瘤试剂盒StemCell Technologies--
杂交瘤-SFM培养基Life Technologies--
Fetal Clone 3血清Life Technologies--

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
动物模型
Apoa1bp−/−和WT小鼠品系、年龄(10周龄开始)、性别(雄性)、Ldlr ASO剂量(5 mg/kg,每周一次,共4周,然后双周一次共8周)、西方饮食(Envigo TD.96121)喂养12周。
阅读提示:Materials and Methods: Animals, diet and assessment of atherosclerosis
细胞实验
BMDM分离自WT和Apoa1bp−/−小鼠,OxLDL浓度25 μg/ml,处理时间24小时(或指定时间)。
阅读提示:Materials and Methods: Cell culture; Figure legends 2, 4, 6
线粒体自噬检测
mt-Keima逆转录病毒感染BMDM 24小时,OxLDL处理24小时,流式检测红色/绿色信号比。
阅读提示:Materials and Methods: Mt-Keima mitophagy assay; Figure 4F–G
免疫共沉淀
HEK293细胞共转染质粒(flag-AIBP、PARK2-myc、MFN1-myc、MFN2-myc),裂解缓冲液成分,免疫沉淀抗体。
阅读提示:Materials and Methods: Co-immunoprecipitation assay; Figure 5
统计方法
数据以mean±SEM表示,正态性检验(Shapiro-Wilk),两组比较用t检验,多组用ANOVA,重复测量用repeated measures t-test,显著性水平p<0.05。
阅读提示:Materials and Methods: Statistical analyses