DPP9缺陷:一种可通过降低NLRP1/IL-1信号来挽救的炎症小体病

DPP9 deficiency: An inflammasomopathy that can be rescued by lowering NLRP1/IL-1 signaling

作者信息Cassandra R Harapas, Kim S Robinson, Kenneth Lay, Jasmine Wong, Ricardo Moreno Traspas, Nasrin Nabavizadeh, Annick Rass-Rothschild, Bertrand Boisson, Scott B Drutman, Pawat Laohamonthonkul, Devon Bonner, Jingwei Rachel Xiong, Mark D Gorrell, Sophia Davidson, Chien-Hsiung Yu, Mark D Fleming, Jonas Gudera, Jerry Stein, Miriam Ben-Harosh, Emily Groopman, Akiko Shimamura, Hannah Tamary, Hülya Kayserili, Nevin Hatipoğlu, Jean-Laurent Casanova, Jonathan A Bernstein, Franklin L Zhong, Seth L Masters, Bruno Reversade
PMID36112693
发布时间2022-09-16
DOI10.1126/sciimmunol.abi4611

实验完整度

包含患者细胞实验、生化实验、小鼠模型和斑马鱼模型等多层级验证,涉及NLRP1炎症小体通路的功能和机制验证。

主要模型

患者来源的原代角质形成细胞和成纤维细胞 DPP9S759A/S759A敲入小鼠模型 NLRP1敲除小鼠模型 dpp9敲除斑马鱼模型

重点核对

患者细胞中DPP9蛋白表达水平和酶活性 NLRP1炎症小体激活的标志物(ASC斑点形成、IL-1β和IL-18释放) 小鼠模型中Nlrp1、Asc、Gsdmd、Il-1r、Il-18基因敲除对新生致死性的影响 斑马鱼模型中asc敲除对dpp9缺陷致死性的影响 炎症小体下游通路(IL-1β、IL-18)的贡献

摘要

二肽基肽酶9(DPP9)是NLRP1的直接抑制剂,但其在体内如何影响炎症小体调控尚未明确。在此,我们报道了三个家族,其成员出现免疫相关缺陷、生长不良、全血细胞减少和皮肤色素异常,这些症状与DPP9双等位基因罕见变异共分离。利用患者来源的原代细胞和生化实验,这些变异被证明表现为功能减退或敲除等位基因,未能抑制NLRP1。值得注意的是,在小鼠中,去除Nlrp1a/b/c、Asc、Gsdmd、Il-1r(但非Il-18)的单个拷贝,足以挽救Dpp9突变新生儿的致死性。类似地,在斑马鱼中,失活asc(NLRP1炎症小体的必需下游接头)可部分挽救dpp9缺陷。这些实验提示,DPP9缺陷的有害后果主要由经典NLRP1炎症小体和IL-1β信号的异常激活驱动。总之,我们的结果描绘了一种由NLRP1活性增加驱动的DPP9缺陷的孟德尔疾病,这一点已在患者细胞和两种疾病动物模型中得到证实。

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
DPP9缺陷在体内如何影响NLRP1炎症小体调控,并导致疾病?
核心机制
DPP9缺陷导致NLRP1炎症小体过度激活,经由ASC、GSDMD和IL-1R信号通路(而非IL-18)导致新生儿致死性和炎症病理。
主要证据
患者细胞中DPP9功能丧失导致NLRP1炎症小体自发激活;小鼠模型中Nlrp1、Asc、Gsdmd或Il-1r缺失可部分挽救Dpp9突变致死性;斑马鱼中asc缺失也部分挽救dpp9致死性。
研究意义
该研究定义了一种由DPP9缺陷引起的孟德尔疾病,并提示降低NLRP1/IL-1信号可能对治疗提供益处。

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

患者基因变异鉴定

识别与疾病症状共分离的DPP9基因变异

对三个家族进行外显子组测序,鉴定DPP9双等位基因变异,并通过桑格测序验证。

2

患者细胞功能验证

评估DPP9变异对蛋白表达和NLRP1抑制功能的影响

从患者皮肤分离原代角质形成细胞和成纤维细胞,通过Western blot检测DPP9蛋白表达,通过酶活性实验评估DPP9变体的催化活性,并通过ASC斑点形成实验评估NLRP1抑制功能。

3

小鼠基因敲除实验

验证DPP9功能丧失在体内的致病机制

利用Dpp9S759A/S759A催化失活小鼠,通过杂交引入Nlrp1、Asc、Gsdmd、Il-1r或Il-18基因敲除,观察对新生致死性的影响。

4

斑马鱼基因敲除实验

验证DPP9缺陷在斑马鱼中的表型及ASC的挽救作用

通过CRISPR/Cas9生成dpp9和asc敲除斑马鱼,观察存活率和形态,并通过RT-qPCR检测il1b表达。

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
DPP9抗体abcamab42080
DPP8抗体abcamab96470
IL-1β ELISA试剂盒BD557953
IL-18 ELISA试剂盒MBL Bioscience7620
LDH释放检测PromegaG1780
EVOS显微镜Thermo Fisher ScientificAMF5000
RNeasy Micro试剂盒Qiagen74004
iScript逆转录超混合液Bio-Rad1708840
Power SYBR Green PCR预混液Applied Biosystems4309155
7900HT快速实时PCR系统Applied Biosystems--

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
患者细胞分离与培养
皮肤活检的采集和处理方法,角质形成细胞培养条件(培养基组成、添加剂、3T3饲养层)
阅读提示:Materials and Methods中的Isolation of human fibroblasts and keratinocytes和Cell culture
蛋白质检测
使用的抗体种类、稀释比例、品牌和货号,蛋白上样量
阅读提示:Materials and Methods中的SDS PAGE western blot, ELISA and LDH release
酶活性测定
细胞裂解条件、底物浓度、反应体积、时间、温度、检测方法
阅读提示:Figure 2B和Materials and Methods中的Enzymatic activity assay
炎症小体激活检测
细胞系(293T-ASC-GFP)、转染方法、NLRP1表达构建体、ASC斑点计数条件、阳性对照药物(Talabostat)浓度
阅读提示:Figure 2C和Materials and Methods中的ASC speck assay
细胞因子分泌检测
培养上清收集时间、ELISA或Luminex检测的细胞因子类型、方法
阅读提示:Figure 2E和Materials and Methods中的ELISA、Luminex multiplex assay
小鼠实验
小鼠品系、基因敲除背景、饲养条件、杂交策略、观察时间点、存活率统计方法
阅读提示:Materials and Methods中的Mice和Statistics
斑马鱼实验
斑马鱼品系、胚胎培养条件、CRISPR/Cas9注射浓度、基因型鉴定方法、存活率统计
阅读提示:Materials and Methods中的Zebrafish strains and maintenance、CRISPR/Cas9-mediated Zebrafish Knockout和Live genotyping of zebrafish larvae