Hsc70羧基末端相互作用蛋白(CHIP)的E3连接酶活性在沃顿胶间充质干细胞中改善其在高糖应激下的持久性,并促进对糖尿病心脏损伤的预防作用

E3 ligase activity of Carboxyl terminus of Hsc70 interacting protein (CHIP) in Wharton's jelly derived mesenchymal stem cells improves their persistence under hyperglycemic stress and promotes the prophylactic effects against diabetic cardiac damages.

作者信息Ayaz Ali, Wei-Wen Kuo, Chia-Hua Kuo, Jeng-Fan Lo, Michael Y C Chen, Jayasimha R Daddam, Tsung-Jung Ho, Vijaya Padma Viswanadha, Marthandam Asokan Shibu, Chih-Yang Huang
PMID34589606
发布时间2021-06-11
DOI10.1002/btm2.10234

实验完整度

包含体外细胞实验、共培养实验和STZ诱导糖尿病大鼠体内实验,并进行了分子机制验证(Co-IP、泛素化、ChIP、对接等)

主要模型

WJMSCs H9c2心肌母细胞 STZ诱导的糖尿病SD大鼠模型

重点核对

WJMSCs经高糖(40 mM)处理24小时 CHIP过表达与敲低对PTEN半衰期的影响 CHIP突变体K30A和H260Q对PTEN泛素化的影响 HSP70抑制对PTEN表达的影响 STZ诱导糖尿病大鼠中CHIP过表达WJMSCs的心脏保护效果

摘要

近期研究表明,脐带干细胞对多种疾病具有细胞保护作用。使用干细胞的一个关键限制是在应激条件下(如糖尿病)其活力降低。然而,糖尿病条件相关的分子复杂性尚未完全阐明。在本研究中,我们发现高糖(HG)条件诱导了伴侣稳态的丧失,稳定了PTEN,触发了下游信号级联反应,并在沃顿胶来源的间充质干细胞(WJMSCs)中诱导了凋亡和氧化应激。Hsc70羧基末端相互作用蛋白(CHIP)表达增加,通过泛素-蛋白酶体系统促进磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)降解,并缩短了其在高糖应激下的半衰期。对接研究证实了CHIP与PTEN以及FOXO3a与Bim启动子区域的相互作用。此外,发现伴侣系统参与CHIP介导的PTEN蛋白酶体降解。CHIP缺失稳定PTEN,而PTEN抑制则显示出相反的效果。CHIP过度激活抑制了FOXO3a与bim的结合。将CHIP过表达的WJMSCs与胚胎来源的心肌细胞系共培养,抑制了高糖诱导的凋亡和氧化应激。在链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病大鼠中,CHIP过表达和PTEN沉默的WJMSCs改善了糖尿病效应,并进一步改善了其体重和心脏重量,并减轻了高血糖诱导的心脏损伤。综上所述,本研究提示CHIP赋予WJMSCs抗凋亡能力,并作为增强因子提供免受糖尿病退行性效应的保护。

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是否通过调控PTEN降解改善高糖条件下WJMSCs的存活,并减轻糖尿病引起的心脏损伤
核心机制
CHIP与HSP70协同促进PTEN的泛素-蛋白酶体降解,增加p-AKT和p-FOXO3a水平,抑制FOXO3a与Bim启动子结合,从而抑制凋亡和氧化应激
主要证据
体外实验显示CHIP过表达降低PTEN半衰期、抑制凋亡和ROS;Co-IP证实CHIP与PTEN相互作用并促进泛素化;ChIP显示CHIP过表达减少FOXO3a与Bim启动子结合;动物实验显示CHIP过表达WJMSCs改善糖尿病大鼠心脏功能
研究意义
CHIP过表达WJMSCs作为工程化干细胞在糖尿病心肌病治疗中具有潜在应用价值

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

高糖诱导WJMSCs损伤及PTEN通路激活

验证高糖是否通过PTEN信号通路诱导WJMSCs凋亡和氧化应激

用不同浓度高糖处理WJMSCs,检测细胞活力、凋亡、ROS、PTEN及相关信号蛋白表达

2

CHIP过表达对高糖诱导损伤的保护作用

检测CHIP过表达是否能减轻高糖诱导的WJMSCs凋亡和氧化应激

转染不同浓度HA-CHIP质粒,进行高糖处理,检测细胞活力、凋亡、ROS及PTEN、AKT、FOXO3a表达

3

CHIP对PTEN表达和半衰期的调控

探究CHIP是否通过泛素-蛋白酶体降解PTEN

转染CHIP或siCHIP,用CHX处理检测PTEN半衰期,用CHIP突变体分析结构域功能

4

CHIP介导PTEN泛素化降解机制

验证CHIP是否促进PTEN泛素化并依赖HSP70

Co-IP检测CHIP-PTEN相互作用和泛素化,siHSP70敲低检测PTEN表达变化

5

CHIP调控FOXO3a与Bim启动子结合

验证CHIP是否通过AKT抑制FOXO3a与Bim启动子结合

ChIP实验检测FOXO3a与Bim启动子结合,Western blot检测相关蛋白表达

6

共培养实验验证CHIP过表达WJMSCs对心肌细胞的保护

验证CHIP过表达WJMSCs能否通过旁分泌作用保护心肌细胞免受高糖损伤

将CHIP过表达WJMSCs与H9c2细胞共培养,检测H9c2细胞活力、凋亡和ROS

7

体内动物实验验证CHIP过表达WJMSCs的保护作用

验证CHIP过表达WJMSCs能否改善STZ诱导糖尿病大鼠的心脏损伤

STZ诱导糖尿病大鼠,尾静脉注射WJMSCs或CHIP过表达WJMSCs,检测血糖、心脏重量、心功能和心肌组织学变化

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
链脲佐菌素Sigma Aldrich--
DMEM培养基HyClone--
胎牛血清HyClone--
JetPrime转染试剂Polyplus-transfection--
聚凝胺----
MG-132Sigma Aldrich--
VO-OHpic三水合物Santa Cruz Biotechnologysc-216061
LY294002Sigma Aldrich--
抗CHIP抗体Santa Cruz Biotechnologysc-66830
抗PTEN抗体Cell Signaling Technology9559s
抗FOXO3a抗体Cell Signaling Technology2497
抗磷酸化FOXO3a抗体Cell Signaling Technology9466
抗HSP70抗体Cell Signaling Technology4872
抗HSP90抗体Cell Signaling Technology4877
抗泛素抗体Santa Cruz Biotechnologysc-8017
核和胞质分离试剂盒BioVision--
FITC Annexin V检测试剂盒BD Biosciences--
原位细胞死亡检测试剂盒Roche Diagnostic--
SimpleChIP酶法染色质免疫沉淀试剂盒Cell Signaling Technology9003
Power SYBR Green PCR预混液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
细胞培养
WJMSCs培养条件:DMEM含10% FBS,37°C,5% CO2;高糖处理浓度40 mM,时间24小时
阅读提示:Materials and Methods 5.7
转染
CHIP质粒浓度和转染试剂使用
阅读提示:Materials and Methods 5.7
Western blot
抗体稀释度未明确;常规流程
阅读提示:Materials and Methods 5.8
动物实验
STZ剂量55 mg/kg,给药方式腹膜内注射;WJMSCs注射量1×10^7,注射方式尾静脉,注射时间点
阅读提示:Materials and Methods 5.1
体内功能评估
OGTT禁食时间14小时,葡萄糖剂量2g/kg,测量时间点
阅读提示:Materials and Methods 5.3