细胞质RNA质量控制失败参与mTORC1介导的自身炎症性疾病

Cytoplasmic RNA quality control failure engages mTORC1-mediated autoinflammatory disease

作者信息Kun Yang, Jie Han, Mayumi Asada, Jennifer G Gill, Jason Y Park, Meghana N Sathe, Jyothsna Gattineni, Tracey Wright, Christian A Wysocki, M Teresa de la Morena, Luis A Garza, Nan Yan
PMID35040435
发布时间2022-01-18
DOI10.1172/JCI146176

实验完整度

包含多个独立证据层级:全身诱导性敲除小鼠、表皮特异性敲除小鼠、T细胞体外实验、患者样本验证,并有功能验证(雷帕霉素治疗)和机制验证(mTORC1通路)。

主要模型

iSkiv2l–/–小鼠(全身诱导性敲除) Skiv2lfl/flK14-Cre小鼠(表皮特异性敲除) Skiv2l缺陷T细胞 THES2患者皮肤样本

重点核对

Skiv2l敲除方式(全身诱导性、表皮特异性、局部4-OHT涂抹) 雷帕霉素处理剂量(8 mg/kg,腹腔注射) T细胞活化刺激条件(anti-CD3/CD28浓度) mTORC1活性检测(p-S6、p-4E-BP1) 患者SKIV2L突变类型

摘要

核酸代谢的先天性错误常导致核酸感受通路的异常激活,从而引发自身免疫或自身炎症性疾病。SKIV2L RNA外泌体是细胞质RNA降解机制,曾被认为是防止自身RNA介导的干扰素(IFN)反应所必需的。在此,我们展示了SKIV2L在哺乳动物中的生理功能。我们发现小鼠中Skiv2l缺陷以细胞内在方式破坏了表皮和T细胞稳态,且不依赖于IFN。Skiv2l缺陷小鼠出现皮肤炎症和毛发异常,这些也在SKIV2L缺陷患者中观察到。表皮特异性敲除Skiv2l导致角质形成细胞过度增殖并破坏表皮分层,导致皮肤屏障受损,且无明显IFN激活。此外,Skiv2l缺陷的T细胞长期过度活化,这些T细胞攻击病变皮肤和毛囊。机制上,SKIV2L缺失在角质形成细胞和T细胞中均激活了mTORC1通路。对Skiv2l缺陷小鼠进行全身或局部雷帕霉素治疗可改善表皮增生和皮肤炎症。总之,我们证明mTORC1(一种经典的营养传感器)也能感知细胞质RNA质量控制失败并驱动自身炎症性疾病。我们还提出SKIV2L相关的毛发-肝-肠综合征(THES)是一种新的mTOR病,西罗莫司可能是一种有前景的治疗方法。

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
SKIV2L RNA外泌体在哺乳动物生理条件下的功能是什么?其缺失如何导致自身炎症性疾病?
核心机制
SKIV2L缺失导致细胞质RNA质量控制失败,激活mTORC1通路,进而引起角质形成细胞过度增殖和T细胞过度活化,引发皮肤自身炎症。
主要证据
基于多种小鼠模型(iSkiv2l–/–、Skiv2lfl/flK14-Cre)和患者样本,通过组织学、流式细胞术、RNA-seq及雷帕霉素治疗实验证明mTORC1激活是病理机制。
研究意义
揭示mTORC1作为营养传感器也能感知RNA质量控制失败,提出SKIV2L相关THES为mTOR病,sirolimus可能为治疗选择。

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

构建Skiv2l缺陷小鼠模型

研究SKIV2L在体内的生理功能

生成全身诱导性(iSkiv2l–/–)和表皮特异性(Skiv2lfl/flK14-Cre)敲除小鼠,通过组织学和表型分析观察皮肤和毛发异常。

2

评估表皮增殖与屏障功能

确定Skiv2l缺失对角质形成细胞增殖和分化的影响

通过Ki67免疫荧光、细胞周期分析、K14/K5/K10染色及TEWL和甲苯胺蓝渗透实验评估表皮增生和屏障功能。

3

分析免疫细胞浸润和T细胞稳态

研究Skiv2l缺陷对T细胞活化和稳态的影响

通过流式细胞术分析脾脏T细胞亚群、BrdU掺入、体外刺激后的活化标志物和增殖能力,以及细胞因子产生。

4

机制验证:mTORC1通路激活

探索Skiv2l缺失导致皮肤炎症的分子机制

通过RNA-seq和GSEA分析差异表达基因,检测mTORC1下游靶点磷酸化水平(p-S6, p-4E-BP1),并测量蛋白质合成速率和细胞大小。

5

雷帕霉素治疗实验

验证mTORC1作为治疗靶点的有效性

对iSkiv2l–/–小鼠给予雷帕霉素(腹腔或局部),观察皮肤病变改善、表皮厚度减少、T细胞增殖和炎症因子产生降低。

6

患者样本验证

验证小鼠发现是否适用于人类疾病

分析SKIV2L缺陷患者(THES2)的皮肤活检和PBMC,检测SKIV2L蛋白表达、p-S6水平、干扰素评分等。

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
他莫昔芬Sigma-AldrichT5648
4-羟基他莫昔芬Sigma-AldrichH7904
抗Ki67抗体Novus BiologicalsNB500-170
抗角蛋白14抗体BioLegend905304 (clone Poly19053)
抗角蛋白5抗体BioLegend905504 (clone Poly19055)
抗角蛋白10抗体BioLegend905404 (clone Poly19054)
磷酸化S6核糖体蛋白抗体Cell Signaling Technology2211
磷酸化4E-BP1抗体Thermo Fisher ScientificBS-3019R
抗小鼠CD3抗体(PerCP-Cy5.5)BioLegend100218 (clone 17A2)
抗小鼠CD8a抗体(APC)BioLegend100712 (clone 53-6.7)
抗小鼠CD4抗体(Alexa Fluor 700)BioLegend100430 (clone GK1.5)
抗小鼠CD69抗体(Alexa Fluor 488)BioLegend104516 (clone H1.2F3)
抗小鼠CD25抗体(PE-Cy7)BioLegend101916 (clone 3C7)
抗小鼠CD62L抗体(FITC)BioLegend104406 (clone MEL-14)
抗小鼠/人CD44抗体(APC)BioLegend103012 (clone IM7)
抗小鼠IFN-γ抗体(APC)BioLegend505810 (clone XMG1.2)
颗粒酶B抗体(APC)eBioscience17-8898-82 (clone NGZB)
抗磷酸化RPS6抗体(PE)BioLegend608604 (clone A17020B)
Cytofix/Cytoperm固定/破膜试剂盒BD Biosciences554714
Zombie Aqua可固定活力试剂盒BioLegend423102
BD Pharmingen BrdU流式试剂盒BD Biosciences559619
泛T细胞分离试剂盒IIMiltenyi Biotec130-095-130
泛B细胞分离试剂盒IIMiltenyi Biotec130-104-443
CD4+ T细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-104-454
CD8a+ T细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-104-075
初始CD4+ T细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-104-453
抗CD3抗体(145-2C11)eBioscience16-0031-85
抗CD28抗体(37.51)eBioscience16-0281-85
CFSEThermo Fisher ScientificC34570
分散酶IISigmaD4693
O-炔丙基嘌呤霉素Medchem SourceJA-1024
Click-iT Plus OPP Alexa Fluor 488蛋白质合成检测试剂盒Thermo Fisher ScientificC10456
RNeasy小型试剂盒Qiagen74104
生物分析仪Agilent--
TRI试剂Sigma--
iScript cDNA合成试剂盒Bio-Rad--
iTaq Universal SYBR Green SupermixBio-Rad--
CFX96实时PCR检测系统Bio-Rad--
SKIV2L兔多克隆抗体Proteintech11462-1-AP
TTC37兔多克隆抗体Proteintech24594-1-AP
磷酸化mTOR (Ser2448) (D9C2)兔单克隆抗体Cell Signaling Technology5536
mTOR (7C10)兔单克隆抗体Cell Signaling Technology2983
磷酸化p70 S6激酶 (Thr389) (108D2)兔单克隆抗体Cell Signaling Technology9234
p70 S6激酶 (49D7)兔单克隆抗体Cell Signaling Technology2708
S6核糖体蛋白 (5G10)兔单克隆抗体Cell Signaling Technology2217
磷酸化4E-BP1 (Thr37/46)抗体Cell Signaling Technology9459
4E-BP1抗体Cell Signaling Technology9452
磷酸化FoxO1 (Ser256)抗体Cell Signaling Technology9461
抗α-微管蛋白抗体SigmaT6199
GAPDH (14C10)兔单克隆抗体Cell Signaling Technology2118
磷酸化FoxO1 (Thr24)/FoxO3a (Thr32)抗体Cell Signaling Technology9464
抗β-肌动蛋白抗体SigmaA1978
Bio-Plex Pro小鼠细胞因子23重检测Bio-Rad--
Vapometer经皮水分丢失测量仪Delfin Technologies--
雷帕霉素LC LaboratoryR-5000

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
小鼠模型建立
Skiv2l敲除方式(全身诱导性、表皮特异性)、小鼠品系(C57BL/6N)、他莫昔芬剂量(75 mg/kg,腹腔注射,连续5天)、4-OHT浓度(5 μM,局部涂抹)
阅读提示:见Methods部分'Mice'和'To generate postnatal whole-body Skiv2l knockout mice'
表皮表型分析
组织固定、切片厚度(5 μm)、抗原修复条件(121°C,20分钟)、抗体稀释度(如Ki67 1:50)
阅读提示:见Methods部分'Histopathology, immunohistochemistry, and fluorescence immunohistochemistry'
T细胞功能分析
anti-CD3/CD28浓度(如3 μg/mL)、刺激时间(16小时)、CFSE浓度(2.0 μM)
阅读提示:见Methods部分'Magnetic-activated cell sorting and T cell in vitro activation'
mTORC1通路检测
磷酸化抗体(p-S6 Ser235/236,p-4E-BP1 Thr37/46)、Western blot一抗稀释度(如SKIV2L 1:500)
阅读提示:见Methods部分'Western blot'和Figure 4 legend
雷帕霉素治疗
给药方式(腹腔注射8 mg/kg,局部1%丙酮溶液)、治疗周期(4周)
阅读提示:见Methods部分'Rapamycin treatment'
患者样本分析
患者SKIV2L突变(c.1452del和c.3541-2A>G)、皮肤活检处理、干扰素评分方法
阅读提示:见Methods部分'Human patient study'和'Interferon score'