泛素连接酶TRIM32促进巨噬细胞对结核分枝杆菌感染的自噬反应

The ubiquitin ligase TRIM32 promotes the autophagic response to Mycobacterium tuberculosis infection in macrophages.

作者信息Alessandra Romagnoli, Martina Di Rienzo, Elisa Petruccioli, Carmela Fusco, Ivana Palucci, Lucia Micale, Tommaso Mazza, Giovanni Delogu, Giuseppe Merla, Delia Goletti, Mauro Piacentini, Gian Maria Fimia
PMID37543647
发布时间2023-08-05
DOI10.1038/s41419-023-06026-1

实验完整度

包含转录组筛选(RNA-seq)、体外过表达和RNA干扰功能验证、共聚焦显微镜检测自噬标志物共定位、CFU细菌载量测定,以及自噬基因沉默的机制验证,多个独立证据层级。

主要模型

人单核细胞来源巨噬细胞(hMDM) THP-1巨噬细胞系 结核分枝杆菌H37Rv感染模型 M. bovis BCG感染模型

重点核对

Mtb感染复数(MOI)为5:1(RNA-seq、western blot、CFU)或2:1(共聚焦) THP-1细胞用PMA(20 ng/ml)分化2天 自噬流检测使用溶酶体抑制剂E64d/Pepstatin A(5 μg/ml)处理2小时 CFU检测在感染后4天进行 共聚焦分析在感染后24小时进行,每样本至少计数200个细胞

摘要

结核分枝杆菌(Mtb)已知能逃避宿主免疫反应并在巨噬细胞中长期存留。宿主对抗Mtb的一种机制是异体自噬,这是一种选择性自噬,靶向细胞内病原体进行降解。Mtb或含Mtb区室的泛素化是招募自噬机制并介导细菌递送至溶酶体的关键事件。这一事件依赖于不同泛素连接酶的协调和互补活性,包括PARKIN、SMURF1和TRIM16。由于这些因子各自负责Mtb亚群的泛素化,巨噬细胞在Mtb感染期间可能采用额外的泛素连接酶来触发完全的异体自噬反应。在本研究中,我们调查了在原代巨噬细胞中响应Mtb或BCG感染而表达调节的TRIM蛋白的作用。这些TRIM在THP1巨噬细胞系中异位表达,以评估其对Mtb复制的影响。该筛选将TRIM32确定为参与Mtb感染细胞内反应的新角色,它促进自噬介导的Mtb降解。TRIM32在异体自噬中的作用通过THP1细胞中TRIM32表达的沉默进一步证实,这导致Mtb的胞内生长增加,伴随Mtb泛素化受损,自噬蛋白NDP52/CALCOCO2和BECLIN 1/BECN1向Mtb的招募减少,以及自噬体形成减少。总的来说,这些发现表明TRIM32通过诱导自噬在宿主对Mtb感染的反应中发挥重要作用,代表宿主导向结核病治疗的有前景靶点。

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
TRIM蛋白家族中哪些成员参与巨噬细胞对结核分枝杆菌感染的细胞内免疫应答,特别是通过调节自噬(异体自噬)来限制Mtb复制?
核心机制
TRIM32通过促进Mtb的泛素化,增强自噬受体NDP52的招募和BECLIN 1向Mtb的转位,从而促进自噬体形成和Mtb的清除。
主要证据
RNA-seq筛选和过表达实验显示TRIM32下调Mtb感染,CFU和共聚焦实验证实TRIM32促进Mtb泛素化、自噬受体招募和自噬体形成;TRIM32敲低增加Mtb生存并损害这些过程。
研究意义
TRIM32是宿主对Mtb感染反应的重要调节因子,其表达或活性可能作为TB分期生物标志物或宿主导向治疗的靶点。

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

TRIM基因表达谱鉴定

鉴定在原代巨噬细胞中响应Mtb或BCG感染而表达变化的TRIM基因。

从健康供体外周血单个核细胞中分离人单核细胞来源巨噬细胞(hMDM),用Mtb H37Rv或BCG感染(MOI 5:1),24小时后进行RNA-seq分析,鉴定差异表达的TRIM基因。

2

TRIM过表达筛选

评估鉴定的TRIM基因在THP-1巨噬细胞中对Mtb感染的影响,识别限制Mtb复制的TRIM蛋白。

将TRIM cDNA克隆到慢病毒载体中,与GFP融合,转导THP-1细胞,PMA分化后感染Mtb H37Rv DsRed,24小时后通过共聚焦显微镜计算GFP阳性细胞中Mtb感染细胞的比例。

3

TRIM32功能验证

验证TRIM32对Mtb感染的限制作用,并确定其是否通过自噬发挥作用。

在THP-1细胞中过表达TRIM32,感染Mtb H37Rv,通过CFU计数测定细菌载量;通过western blot检测LC3-II水平评估自噬通量;通过基因沉默BECLIN 1或AMBRA1验证自噬依赖性。

4

TRIM32敲低验证

确认内源性TRIM32在巨噬细胞控制Mtb感染和自噬中的作用。

使用两个独立的shRNA慢病毒载体敲低THP-1细胞中TRIM32表达,感染Mtb,通过CFU计数、western blot和共聚焦显微镜分析细菌载量、自噬水平和Mtb与自噬标志物的共定位。

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。

转录组分析
蛋白表达分析
细胞成像

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基Sigma-AldrichR8758
胎牛血清Gibco10270
L-谷氨酰胺--G7513
青霉素-链霉素溶液Sigma-AldrichP0781
佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯Sigma-Aldrich--
E64d蛋白酶抑制剂Santa Cruz Biotechnologysc-201280A
胃蛋白酶抑制剂ASanta Cruz Biotechnologysc-45036
Middlebrook 7H9培养基BD--
油酸-白蛋白-葡萄糖-过氧化氢酶补充物BD212240
甘油Sigma-AldrichG7757
吐温80Sigma-AldrichP8074
Triton X-100Sigma-AldrichT9284
7H11/OADC琼脂平板BD--
TRIzol试剂Invitrogen15596-018
TruSeq总RNA链特异性文库制备试剂盒Illumina--
Illumina HiSeq 2500测序系统Illumina--
聚凝胺Sigma-AldrichTR-1003
pLKO.1质粒Sigma-Aldrich--
CelLytic裂解缓冲液Sigma-AldrichC3228
蛋白酶抑制剂混合物Sigma-AldrichP8340
硝酸纤维素膜Whatman Amersham10600041
PVDF膜MilliporeIPVH20200
脱脂奶粉Biosigma711160
磷酸盐缓冲液Thermo Fisher Scientific--
吐温-20Sigma-AldrichP1379
HRP偶联二抗Jackson ImmunoResearch Laboratories705-036-147,
增强化学发光底物MilliporeWBLUC0500,
抗LC3抗体Cell Signaling--
抗BECLIN 1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-11427
抗AMBRA1抗体MilliporeABC131
抗TRIM32抗体Thermo Fisher ScientificPA5-22316
抗HSP90抗体Santa Cruz Biotechnologysc-13119
抗β-肌动蛋白抗体Santa Cruz Biotechnologysc-47778
抗GFP抗体Santa Cruz Biotechnologysc-9996
抗LC3抗体Cosmo Bio LtdCTB-LC3-2-IC
抗NDP52抗体AbcamAb-184688
抗泛素抗体(FK2)MilliporeST1200
Cy5偶联二抗Jackson Immunoresearch--
Alexa Fluor-488二抗Thermo Fisher Scientific--
Prolong Gold抗淬灭剂Life TechnologiesP36935
Leica TCS SP2共聚焦显微镜Leica--

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
细胞培养与分化
THP-1细胞培养条件(RPMI 1640含10% FBS、2 mM L-谷氨酰胺、1%青霉素-链霉素),PMA分化浓度和时间(20 ng/ml,2天)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture
细菌感染
Mtb感染复数(MOI 5:1或2:1),感染后2小时洗去胞外菌
阅读提示:Materials and methods: Bacteria
自噬流检测
溶酶体抑制剂E64d和Pepstatin A浓度(5 μg/ml)及处理时间(2小时)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture
CFU测定
感染后0天和4天裂解细胞,铺板于7H11/OADC琼脂平板,孵育3周
阅读提示:Materials and methods: Colony-forming unit assay
共聚焦实验
固定和透化条件(4%多聚甲醛、0.2% Triton X-100),抗体孵育条件,每样本计数至少200个细胞
阅读提示:Materials and methods: Confocal microscopy