CHIP通过招募并多聚泛素化LEF1或Arc促进Wnt信号传导并调控Arc稳定性

CHIP promotes Wnt signaling and regulates Arc stability by recruiting and polyubiquitinating LEF1 or Arc.

作者信息Yuchun Liu, Yao Sun, Yonghui Huang, Kang Cheng, Yuming Xu, Qingnan Tian, Shoutao Zhang
PMID33431799
发布时间2021-01-11
DOI10.1038/s41420-020-00394-9

实验完整度

包含体外细胞实验、CRISPR/Cas9敲除、动物模型验证、免疫共沉淀、泛素化检测等功能验证和机制验证。

主要模型

HEK293T细胞 SHSY5Y细胞 HT22细胞 CHIP T246M突变诱导的SCAR16大鼠模型

重点核对

CHIP过表达或敲低对Wnt信号传导的影响 CHIP与LEF1、Arc的相互作用及其结构域 CHIP对LEF1和Arc泛素化类型(K63/K48)的影响 SCAR16大鼠模型中Wnt信号传导的变化 CHIP对β-catenin核转位的影响

摘要

热休克蛋白70羧基末端相互作用蛋白(CHIP),一种E3泛素连接酶,参与许多细胞过程,如蛋白质降解、运输、自噬、凋亡和多种信号转导。CHIP突变体(p.T246M)导致脊髓小脑常染色体隐性遗传16型(SCAR16),这是一种以脊髓小脑萎缩为特征的神经退行性疾病。先前研究表明,Wnt信号传导和活动调节的细胞骨架相关蛋白(Arc)在神经退行性疾病中发挥重要作用。然而,CHIP调节Wnt信号传导和Arc稳定性的机制可能影响SCAR16,目前仍不清楚。我们发现,CHIP的过表达促进了Wnt信号传导的激活,并通过增强附着在LEF1上的K63连接的多聚泛素链增强了LEF1与β-catenin之间的相互作用,而敲低CHIP则产生相反的效果。此外,我们证实,在CHIP(p.T246M)突变体诱导的SCAR16大鼠模型中,Wnt信号传导受到抑制。CHIP还通过增强K48-或K63连接的多聚泛素链加速了Arc的降解,并调节了Arc与GSK3β之间的相互作用,这进一步增强了GSK3β与β-catenin之间的相互作用。我们的数据表明,CHIP是Wnt信号传导和Arc稳定性的一个未被描述的调节因子,这可能与SCAR16的发生有关。

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
CHIP如何调节Wnt信号传导和Arc稳定性,以及这些过程是否与SCAR16的发病机制相关。
核心机制
CHIP通过增强LEF1的K63-linked泛素化促进β-catenin与LEF1的相互作用,加速β-catenin核积累;通过增强Arc的K48-linked泛素化促进Arc降解,并通过K63-linked泛素化影响Arc与GSK3β的相互作用,从而调节Wnt信号传导和Arc稳定性。
主要证据
在HEK293T、SHSY5Y、HT22细胞中通过过表达、敲低、敲除CHIP观察Wnt信号和Arc水平变化;免疫共沉淀验证相互作用;泛素化实验验证K63/K48连接;利用CHIP T246M突变体和大鼠模型验证SCAR16中的Wnt信号抑制。
研究意义
揭示了CHIP在Wnt信号传导和Arc稳定性调控中的新作用,为理解CHIP突变导致SCAR16的分子机制提供了见解。

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

初步验证CHIP对Wnt信号传导和Arc稳定性的影响

确定CHIP是否调节Wnt信号传导和Arc蛋白水平。

在HEK293T细胞中过表达CHIP或CHIP T246M,并用Wnt3a刺激,检测β-catenin和活性β-catenin水平;检测Wnt靶基因表达;在SHSY5Y细胞中敲低CHIP,检测β-catenin和靶基因表达;生成CHIP敲除细胞系,检测Wnt信号;并在SCAR16大鼠模型中检测β-catenin水平。

2

检测CHIP对β-catenin核积累的影响

探究CHIP是否影响β-catenin的核转位。

通过细胞分级分离和免疫印迹检测细胞质和核部分β-catenin水平;通过荧光显微镜观察β-catenin的核定位。

3

验证CHIP与LEF1及Arc的相互作用

确定CHIP是否与LEF1和Arc结合,并定位关键结构域。

通过ZDOCK预测相互作用;通过免疫共沉淀验证CHIP与LEF1、Arc等的相互作用;使用CHIP缺失突变体确定与LEF1或Arc结合所需的结构域。

4

验证CHIP对LEF1和Arc泛素化的影响

确定CHIP是否影响LEF1和Arc的泛素化及其类型。

在HEK293T细胞中过表达或敲低CHIP,通过免疫沉淀检测LEF1和Arc的泛素化水平;使用泛素突变体(K63-only等)检测特异性泛素连接类型。

5

验证CHIP对β-catenin与LEF1或GSK3β相互作用的影响

探究CHIP是否通过调节蛋白相互作用来影响Wnt信号传导。

通过免疫共沉淀检测β-catenin与LEF1、GSK3β与Arc、GSK3β与β-catenin的相互作用在CHIP过表达或敲低下的变化。

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
DMEM培养基Hyclone--
胎牛血清BioIn--
L-谷氨酰胺Gibco--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
LipoRNAiMAX转染试剂Invitrogen--
重组人Wnt-3aR&D SystemsNP-149122
抗β-catenin抗体Cell Signaling Technology8480
抗非磷酸化β-Catenin抗体Cell Signaling Technology19807
抗LEF1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-374522
抗Arc抗体Santa Cruz Biotechnologysc-17839
抗Flag (M2)抗体SigmaA8592
抗β-actin抗体SigmaA1978
抗兔IgG-HRPSigmaAP132P
抗小鼠IgG-HRPSigmaAP308P
HRP标记抗血凝素抗体Roche Applied Science12013819001
抗c-Myc抗体TransGen BiotechHT101
抗β-tubulin抗体TransGen BiotechHC101
抗LMNB1抗体Sino Biological101237-T32
抗STUB1抗体Sino Biological12496-R034
抗Flag琼脂糖凝胶Sigma--
Dynabeads蛋白G磁珠Invitrogen--
DAPI染料Sigma--
荧光显微镜Olympus--
MTT试剂Solarbio--
二甲基亚砜Sigma--
PVDF膜Millipore--
蛋白酶抑制剂Thermo--
磷酸酶抑制剂混合物Roche--
MinuteTM细胞质和细胞核分离试剂盒Invent Biotechnologies--
TRIzol试剂Invitrogen--
PrimeScript第一链cDNA合成试剂盒TAKARA--
SYBR Green qPCR混合物TAKARA--
GraphPad Prism 5.0软件----

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
细胞培养
细胞系来源、培养基、血清、谷氨酰胺浓度、培养条件
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and transfection
Wnt3a刺激
Wnt3a浓度、处理时间、Wnt3a条件培养基的制备方法
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and transfection; Figure legends for Fig. 1A, 2A
CHIP过表达/敲低
转染试剂、质粒浓度、siRNA序列、转染时间
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and transfection, Knockdown of CHIP by RNA interference
免疫共沉淀
裂解缓冲液、抗体、磁珠类型、孵育时间
阅读提示:Materials and methods: Immunoprecipitation analysis
泛素化检测
泛素突变体、质粒转染组合、免疫沉淀和免疫印迹条件
阅读提示:Materials and methods: Immunoprecipitation analysis; Results section 4
β-catenin核转位
细胞分级分离试剂盒、实验步骤、荧光显微镜观察条件
阅读提示:Materials and methods: Fluorescence analysis, Immunoblot analysis
动物模型
SCAR16大鼠模型的构建方法、组织采集
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and transfection (brain tissues from rat models)