通过短暂的光动力作用激活NAD(P)H氧化酶

To activate NAD(P)H oxidase with a brief pulse of photodynamic action.

作者信息Xiao Bing Xie, Yu Shu, Zong Jie Cui
PMID39655710
期刊FASEB J
发布时间2024-12-15
DOI10.1096/fj.202402292R

实验完整度

包含体外细胞模型(CHO-K1、SW579)的异位表达、钙成像功能验证、NOX抑制剂和1O2淬灭剂阻断实验,以及光敏剂SALPC和miniSOG的机制验证。

主要模型

NOX5-CHO-K1细胞 miniSOG-NOX5-CHO-K1细胞 SW579细胞 DUOX2-CHO-K1细胞

重点核对

UVA照射剂量(380 nm,0.1–12 mW/cm2,1.5 min) NOX抑制剂DPI(10 μM或30 μM)和VAS2870(3 μM或20 μM)的浓度 单线态氧淬灭剂Trolox-C浓度(300 μM) 光敏剂SALPC浓度(2 μM)和红光强度(675 nm,85 mW/cm2,1.5 min) miniSOG蓝光强度(450 nm,85 mW/cm2,1.5 min或2 min)

摘要

还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸[NAD(P)H]氧化酶(NOX)是细胞内活性氧的主要来源,调节重要的生理功能,其失调导致多种重大疾病。人们已致力于开发多种类型的NOX抑制剂,但用于空间和时间可控的NOX激活的生物技术尚不易获得。我们之前发现紫外线A(UVA)照射可激活啮齿动物肥大细胞中的NOX2,引发持续性钙尖峰。NOX2由多个亚基组成,使其激活研究相当复杂。在此,我们表明单亚基的非啮齿动物表达的NOX5,当在CHO-K1细胞中异位表达时,可被UVA照射(380 nm,0.1–12 mW/cm2,1.5分钟)激活,诱导重复性钙尖峰,通过Fura-2荧光钙成像监测。UVA引起的钙振荡被NOX抑制剂二苯基碘鎓氯化物(DPI)抑制,并被单线态氧(1O2)淬灭剂Trolox-C(300 μM)阻断。在NOX5-CHO-K1细胞中,用光敏剂磺化铝酞菁(SALPC 2 μM,675 nm,85 mW/cm2)进行短暂光动力作用(1.5分钟),或在miniSOG-NOX5-CHO-K1细胞中用基因编码的蛋白质光敏剂miniSOG与NOX5 N端融合(450 nm,85 mW/cm2)进行光动力作用,均可诱导持续性钙振荡,且被DPI阻断。在存在Trolox-C的情况下,miniSOG光动力作用不再在miniSOG-NOX5-CHO-K1细胞中诱导任何钙增加。人甲状腺滤泡细胞SW579和DUOX2-CHO-K1细胞中的DUOX2同样被UVA照射和SALPC光动力作用激活。这些数据共同表明,短暂的光动力作用可激活NOX。

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
能否通过短暂的光动力作用激活NOX5和DUOX2,从而触发细胞内钙振荡?
核心机制
UVA照射或光动力作用产生的单线态氧(1O2)激活NOX5或DUOX2,可能通过NADPH-FAD-血红素电子传递产生超氧阴离子(O2·−),进而激活受体酪氨酸激酶-磷脂酶Cγ-IP3-IP3R通路,导致胞内钙离子浓度振荡。
主要证据
在NOX5-CHO-K1和miniSOG-NOX5-CHO-K1细胞中,UVA或SALPC/miniSOG光动力作用诱导钙振荡,并被DPI或Trolox-C抑制;在SW579和DUOX2-CHO-K1细胞中,UVA和SALPC光动力作用同样激活DUOX2并诱导钙振荡。
研究意义
本研究提供了一种通过短暂光动力作用激活NOX5和DUOX2的新方法,有望用于NOX家族其他成员的研究,并可能为相关疾病的治疗提供工具。

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NOX5和DUOX2表达细胞模型

在CHO-K1细胞中异位表达NOX5或DUOX2,并构建miniSOG-NOX5融合蛋白,以验证光动力激活效应。

使用pcDNA3.1+/NOX5、pminiSOG-NOX5和pCMV3-DUOX2质粒转染CHO-K1细胞,通过免疫细胞化学确认蛋白表达和定位。

2

UVA照射激活NOX5和DUOX2并检测钙振荡

验证UVA照射能否激活异位表达或内源性NOX5/DUOX2,从而诱导钙振荡。

对NOX5-CHO-K1、SW579和DUOX2-CHO-K1细胞进行UVA(380 nm)不同剂量照射,通过Fura-2钙成像监测胞内钙变化。

3

光动力激活NOX5和DUOX2(SALPC和miniSOG)并检测钙振荡

验证外源性光敏剂SALPC和蛋白光敏剂miniSOG的光动力作用能否激活NOX5和DUOX2。

在NOX5-CHO-K1细胞中,先用SALPC(2 μM)孵育,再照射红光(675 nm,85 mW/cm2,1.5 min);在miniSOG-NOX5-CHO-K1细胞中,照射蓝光(450 nm,85 mW/cm2,1.5 min或2 min)激活miniSOG。在DUOX2-CHO-K1细胞中,用SALPC光动力作用(675 nm,85 mW/cm2,1.5 min)。通过Fura-2成像记录钙振荡。

4

验证NOX和单线态氧介导机制

确认钙振荡是由NOX活性而非其他因素引起,并证明单线态氧是光动力激活的关键中间体。

使用NOX抑制剂DPI和VAS2870预处理细胞,或使用单线态氧淬灭剂Trolox-C,观察对UVA或光动力诱导的钙振荡的抑制效应。

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。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证分子表达变化
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
二苯基碘鎓氯化物Sigma-AldrichD2926
VAS2870Sigma-Aldrich492000-M
Trolox-CSigma-Aldrich238813
NADPHSigma-AldrichN1630
FADSigma-AldrichF6625
DMEM/F12培养基InvitrogenC11330500BT
胰蛋白酶Invitrogen25200056
Leibovitz's L-15培养基ProcellPM151010
兔抗NOX5一抗Abcamab191010
驴抗兔TRITC二抗Abcamab6799
兔抗DUOX2一抗Abcamab97266
Alexa Fluor 488山羊抗兔IgGAbcamab150077
兔抗DUOXA2一抗AbmartPC23964S
山羊抗兔Alexa Fluor 568二抗Abcamab175471
pcDNA3.1+NOX5质粒AddGene69354
pKillerRedPM质粒EvrogenFP966
pCMV3-DUOX2质粒Sino BiologicalHG18317-UT
磺化铝酞菁Frontier Scientific Inc. 或 Luminescence Technology Corp.--
Fura-2 AMAAT Bioquest21021
Cell-TakBD Bioscience354241
基质胶BeyotimeC0372
jetPRIME转染试剂Polyplus-Transfection101000046
质粒提取试剂盒TianGen BiochemicalsDP118
血红素HarveybioSR3331
胎牛血清Gibco--
Zeiss LSM 510 META共聚焦显微镜Zeiss--
Zeiss LSM 710共聚焦显微镜Zeiss--
LED 380 nm光源LAMPLIC--
LED 450 nm光源LAMPLIC--
LED 675 nm光源LAMPLIC--
功率计IL-1700International Light Inc.IL1715,
尼康NE 3000荧光显微镜Nikon--
PTI钙测量系统Photon Technology International--
DeltaRam X单色器PTI--
NEO-5.5-CL-3 CCD相机Oxford Instruments--
Sigmaplot----
miniSOG基因合成Genscript--

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
CHO-K1细胞培养条件:DMEM/F12(1:1)加10%FBS,37°C,5%CO2;SW579细胞培养条件:L-15培养基加10%FBS,37°C,密闭培养。
阅读提示:见Methods 2.2 Cell culture
质粒转染
质粒DNA量(2 μg)、转染试剂jetPRIME体积(4 μL)、转染时间(24小时)。
阅读提示:见Methods 2.3 Plasmid constructs
UVA照射
UVA波长380 nm,功率密度0.1–12 mW/cm2(NOX5-CHO-K1),照射时间1.5 min;SW579细胞0.1 mW/cm2,10–90 s。
阅读提示:见Methods 2.5 UVA light irradiation and photodynamic action及Results 3.1和3.5
光动力激活(SALPC)
SALPC浓度2 μM,红光675 nm,85 mW/cm2,1.5 min。
阅读提示:见Methods 2.5和Results 3.3
光动力激活(miniSOG)
蓝光450 nm,85 mW/cm2,1.5 min或2 min;miniSOG-NOX5融合蛋白表达。
阅读提示:见Methods 2.5和Results 3.4
钙成像
Fura-2 AM负载浓度10 μM,负载时间30 min;激发340/380 nm,发射510 ± 40 nm;灌流速度1 mL/min。
阅读提示:见Methods 2.6 Calcium imaging
抑制剂和淬灭剂处理
DPI浓度10或30 μM,VAS2870浓度3或20 μM,Trolox-C浓度300 μM;预处理时间DPI 10 min,VAS2870 30 min。
阅读提示:见Results 3.2和3.5及Figure legends