非典型钙粘蛋白FAT4调控淋巴管内皮细胞对血流的极性反应

Atypical cadherin FAT4 orchestrates lymphatic endothelial cell polarity in response to flow

作者信息Kelly L Betterman, Drew L Sutton, Genevieve A Secker, Jan Kazenwadel, Anna Oszmiana, Lillian Lim, Naoyuki Miura, Lydia Sorokin, Benjamin M Hogan, Mark L Kahn, Helen McNeill, Natasha L Harvey
PMID32182215
发布时间2020-06-01
DOI10.1172/JCI99027

实验完整度

包含Fat4基因敲除小鼠模型、条件性敲除、原代细胞体外实验、流式剪切力实验、信号通路分析及生化相互作用验证等多层级证据。

主要模型

小鼠胚胎淋巴管内皮细胞 原代人皮肤淋巴管内皮细胞 Fat4基因敲除小鼠模型 HEK293细胞

重点核对

Fat4敲除小鼠模型(Fat4Δ/Δ和Fat4ΔLEC)的构建及基因型确认 原代人淋巴管内皮细胞(hLECs)的批次和供体来源 siRNA敲低效率及对照siRNA的使用 层流剪切力处理条件(4 dynes/cm²,48小时) VEGF-C刺激浓度(100 ng/mL或200 ng/mL)及时间点

摘要

非典型钙粘蛋白FAT4在调控平面细胞极性和Hippo通路信号传导方面具有已确立的作用,这些作用依赖于细胞环境。最近在Hennekam综合征中发现的FAT4突变,其特征包括淋巴水肿、淋巴管扩张和智力低下,揭示了FAT4在淋巴脉管系统中的重要作用。Hennekam综合征也由胶原蛋白和钙结合EGF结构域1(CCBE1)以及具有凝血酶敏感蛋白1型基序3的ADAM金属肽酶(ADAMTS3)的突变引起,它们分别编码一种基质蛋白和一种蛋白酶,通过促进VEGF-C的蛋白水解切割和激活来调节关键的促淋巴管生成VEGF-C/VEGFR3信号轴。FAT4、CCBE1和ADAMTS3突变导致Hennekam综合征的事实表明,这三个基因可能在一个共同的通路中发挥作用。我们将FAT4鉴定为GATA结合蛋白2(GATA2)的靶基因,GATA2是淋巴管发育,特别是淋巴管瓣膜发育的关键转录调节因子。在这里,我们证明FAT4以淋巴管内皮细胞自主的方式发挥作用,控制细胞对血流的极性反应,并且是整个发育过程中淋巴管形态发生所必需的。我们的数据揭示了FAT4在淋巴管生成中的关键作用,并阐明了FAT4突变导致人类淋巴水肿综合征的机制基础。

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
FAT4在淋巴管发育中的功能是什么?它如何调控淋巴管内皮细胞的极性?
核心机制
FAT4以淋巴管内皮细胞自主的方式调控LEC对血流的极性反应,这是淋巴管形态发生和瓣膜发育所必需的;其缺失导致LEC极性缺陷,而非主要通过Hippo通路。
主要证据
Fat4敲除小鼠显示淋巴管扩张、分支减少和瓣膜发育缺陷,LEC极性受损;体外原代LEC中FAT4缺失导致细胞对层流剪切力响应异常,不能沿血流方向伸长。
研究意义
揭示了FAT4在淋巴管生成中的关键作用,为FAT4突变导致Hennekam综合征的机制提供了见解,并首次证明FAT4参与机械传导。

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

鉴定FAT4为GATA2靶基因

确定FAT4是否受转录因子GATA2调控。

对GATA2 siRNA处理的胚胎小鼠淋巴管内皮细胞进行基因表达谱分析,并通过RT-qPCR和Western blot验证,ChIP-Seq分析GATA2结合。

2

评估Fat4对淋巴管形态发生的影响

确定Fat4缺失是否导致淋巴管发育缺陷。

利用Fat4fl/fl与CMV-Cre或Prox1-CreERT2杂交获得全身或淋巴管内皮特异性敲除小鼠,分析胚胎期皮肤和肠系膜淋巴管形态、瓣膜发育。

3

分析LEC极性

评估Fat4缺失是否导致LEC极性异常。

检测E14.5皮肤和E11.5胚胎LEC的高尔基体位置和核椭圆率,并分析E18.5瓣膜形成细胞的核椭圆率。

4

检测Hippo通路活性

确定Hippo通路是否参与Fat4缺失导致的淋巴管缺陷。

检测E14.5皮肤中磷酸化组蛋白H3阳性LEC数量,并在原代hLECs中敲低FAT4后检测YAP靶基因表达及p-YAP/YAP比率。

5

评估FAT4在血流感应中的作用

确定FAT4是否参与LEC对血流的响应。

在原代hLECs中施加层流剪切力,观察FAT4定位变化,并分析FAT4敲低细胞的形态变化。

6

分析VEGF-C/VEGFR3信号通路

探究FAT4是否影响VEGF-C介导的信号传导。

检测FAT4敲低后LECs中AKT和ERK磷酸化水平,以及VEGFR3表面水平和磷酸化,并通过免疫共沉淀研究FAT4与VEGFR3的相互作用。

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
Fat4fl/fl小鼠----
Prox1-CreERT2小鼠----
CMV-Cre小鼠----
他莫昔芬MilliporeSigma--
内皮细胞基础培养基2Lonza--
微血管内皮细胞生长培养基2Lonza--
DMEM培养基----
胎牛血清----
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Invitrogen, Thermo Fisher Scientific--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen, Thermo Fisher Scientific--
FAT4 Silencer Select预设计siRNAThermo Fisher Scientifics116449
FAT4 Silencer Select预设计siRNAThermo Fisher Scientifics35967
FAT4 MISSION esiRNAMilliporeSigmaEHU069061
GATA2 Silencer Select预设计siRNAThermo Fisher Scientifics5596
Silencer Select阴性对照siRNA No. 1Thermo Fisher Scientific4390844
EGFP MISSION esiRNAMilliporeSigmaEHUEGFP
TRIzol试剂Invitrogen, Thermo Fisher Scientific--
QuantiTect反转录试剂盒QIAGEN--
RT2 SYBR Green ROX qPCR预混液QIAGEN--
Rotor-Gene 6000实时荧光定量PCR仪Corbett Research, QIAGEN--
T-PER组织蛋白提取试剂Thermo Fisher Scientific--
Halt蛋白酶和磷酸酶抑制剂混合物Thermo Fisher Scientific--
SDS-PAGE凝胶电泳----
PVDF膜PerkinElmer--
ECF底物GE Healthcare--
Immun-Star AP底物Bio-Rad--
Typhoon FLA 9000扫描仪GE Healthcare--
ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad--
Dynabeads Protein G磁珠Life Technologies, Thermo Fisher Scientific--
APC偶联小鼠抗人VEGFR3抗体R&D SystemsFAB3492A
LSRFortessa细胞分析仪BD Biosciences--
FlowJo软件BD Biosciences--
重组VEGF-CR&D Systems2179-VC-025
重组VEGF-CReliaTechR20-015
纤连蛋白Roche--
μ-Slide I0.8 Luer通道载玻片ibidi--
黄绿色灌注套件ibidi--
四通道泵系统ibidi--
DAPI Fluoromount G封片剂ProSciTech--
Carl Zeiss LSM 700共聚焦显微镜Carl Zeiss--
Carl Zeiss LSM 800共聚焦显微镜Carl Zeiss--
ImageJ图像分析软件NIH--
GraphPad Prism统计软件GraphPad Software--
ImageQuant TL 1D图像分析软件GE Healthcare--
Image Lab图像分析软件Bio-Rad--
NEBuilder HiFi DNA组装试剂盒New England BioLabsE2621
FuGENE6转染试剂PromegaE2691
山羊抗人PROX1抗体R&D SystemsAF2727
兔抗GOLPH4抗体abcamab28049
山羊抗人神经毡蛋白2抗体R&D SystemsAF2215
兔抗神经毡蛋白2 XP抗体Cell Signaling Technology3366
大鼠抗endomucin抗体Santa Cruz Biotechnologysc-65495
大鼠抗小鼠CD31抗体BioLegend102502
大鼠抗小鼠CD144抗体BD Biosciences550548
山羊抗小鼠VE-钙粘蛋白抗体R&D SystemsAF1002
抗α-平滑肌肌动蛋白-Cy3抗体MilliporeSigmaC6198
兔抗FAT4抗体MilliporeSigmaHPA052819
兔抗磷酸化组蛋白H3 (Ser10)抗体MilliporeSigma06-570
兔抗AKT抗体Cell Signaling Technology9272
兔抗磷酸化AKT (Thr308)抗体Cell Signaling Technology4056
兔抗p44/42 MAPK抗体Cell Signaling Technology4695
兔抗磷酸化p44/42 MAPK抗体Cell Signaling Technology4370
山羊抗FAT4抗体Santa Cruz Biotechnologysc-161577
小鼠抗β-肌动蛋白抗体MilliporeSigmaA5441
小鼠抗磷酸化酪氨酸抗体Cell Signaling Technology9411
小鼠抗FLT4抗体Santa Cruz Biotechnologysc-365748
山羊抗小鼠VEGFR3抗体R&D SystemsAF743
小鼠抗YAP抗体Santa Cruz Biotechnologysc-271134
兔抗磷酸化YAP (Ser127)抗体Cell Signaling Technology4911
正常兔IgGSanta Cruz Biotechnologysc-2027
兔抗GATA2抗体Santa Cruz Biotechnologysc-9008
小鼠抗V5-HRP抗体Invitrogen, Thermo Fisher Scientific46-0708
小鼠抗FLAG M2-HRP抗体MilliporeSigmaA8592
小鼠抗HA.11表位标签抗体BioLegendMMS-101P
兔抗DYKDDDDK标签抗体Cell Signaling Technology2368

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
基因敲除小鼠模型
小鼠品系(Fat4fl/fl、Prox1-CreERT2、CMV-Cre),他莫昔芬给药剂量(2.5 mg/25g体重)、时间点及给药方式(腹腔注射)
阅读提示:Methods: Mouse studies
细胞培养与处理
细胞类型(原代成人皮肤微血管LECs,批次和供体);培养基(EBM-2、EGM-2MV);生长因子(VEGF-C浓度);siRNA敲低效率
阅读提示:Methods: Cell culture; Transfection
体外流动实验
层流剪切力强度(4 dynes/cm²)、处理时间(48小时)、ibidi通道载玻片规格、细胞汇合度
阅读提示:Methods: In vitro flow assay
免疫染色和形态分析
胚胎阶段(E14.5、E18.5)、固定条件(4% PFA)、抗体(PROX1、NRP2、laminin α5)、图像采集设备(激光共聚焦显微镜型号)
阅读提示:Methods: Immunostaining; Quantification of lymphatic vessel parameters
信号通路分析
VEGF-C刺激浓度(100或200 ng/mL)、刺激时间点(15、30、60分钟)、血清饥饿条件(0.05% AlbuMAX或0.5% FBS)、抗体(p-AKT、p-ERK)
阅读提示:Methods: Immunoblotting and immunoprecipitation