肠出血性大肠杆菌效应蛋白EspF与宿主蛋白ANXA6相互作用并触发肌球蛋白轻链激酶(MLCK)依赖的紧密连接失调

Enterohemorrhagic Escherichia coli Effector Protein EspF Interacts With Host Protein ANXA6 and Triggers Myosin Light Chain Kinase (MLCK)-Dependent Tight Junction Dysregulation.

作者信息Ying Hua, Jiali Wu, Muqing Fu, Jinyue Liu, Xiaoxia Li, Bao Zhang, Wei Zhao, Chengsong Wan
PMID33425920
发布时间2020-12-23
DOI10.3389/fcell.2020.613061

实验完整度

包含体外细胞模型(Caco-2、HEK293)、细菌感染实验、FRET、CO-IP、Western blot和免疫荧光,覆盖互作验证、功能验证和机制通路验证。

主要模型

Caco-2细胞单层模型 HEK293细胞

重点核对

EspF与ANXA6互作依赖EspF C端(74-248 aa) Caco-2细胞中EspF/ANXA6表达或共表达降低ZO-1和occludin水平并破坏ZO-1分布 EspF-ANXA6共表达激活MLCK、诱导p-MLC和p-PKCα增加并降低钙调蛋白水平 EHEC感染WT菌株导致TER下降和ZO-1/occludin降低,ΔespF菌株减弱该效应

摘要

肠出血性大肠杆菌(EHEC)O157:H7是一种重要的食源性病原体,可导致人类血性腹泻和溶血性尿毒症综合征(HUS)。EspF是从三型分泌系统分泌的、劫持宿主细胞功能的最具特征的效应蛋白之一。然而,感染期间关键的病原体-宿主相互作用和肠道屏障破坏的基础仍然难以捉摸。我们之前的研究筛选并验证了宿主蛋白ANXA6与EspF蛋白之间的相互作用。在此,通过荧光共振能量转移(FRET)和免疫共沉淀(CO-IP),我们验证了EspF通过其C端结构域与ANXA6相互作用。此外,我们发现EspF或ANXA6的组成性表达以及EspF-ANXA6的共表达都能降低紧密连接(TJ)蛋白ZO-1和occludin的水平,并破坏ZO-1的分布。此外,我们表明EspF-ANXA6激活了肌球蛋白轻链激酶(MLCK),诱导了肌球蛋白轻链(MLC)和PKCα的磷酸化,并下调了钙调蛋白的表达水平。总之,本研究揭示了宿主蛋白(ANXA6)与EspF之间的一种新型相互作用。EspF与ANXA6的结合可能以MLCK-MLC依赖的方式扰乱TJ,从而可能参与EHEC的致病功能。

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
EHEC效应蛋白EspF如何通过与宿主蛋白ANXA6的相互作用导致肠道上皮紧密连接屏障破坏?
核心机制
EspF通过C端结构域与宿主蛋白ANXA6结合,激活MLCK-MLC信号通路,诱导MLC和PKCα磷酸化,降低钙调蛋白水平,从而导致紧密连接蛋白ZO-1和occludin下调及分布紊乱,破坏TJ完整性。
主要证据
FRET和CO-IP验证EspF与ANXA6的相互作用及其C端依赖性;Caco-2细胞中过表达或共表达EspF/ANXA6降低TJ蛋白水平并破坏ZO-1分布;Western blot显示MLCK和p-MLC增加、p-PKCα变化及钙调蛋白降低;EHEC感染实验显示EspF依赖的TER下降和TJ蛋白减少。
研究意义
揭示了EspF-ANXA6相互作用在EHEC致病中的作用,可能通过MLCK-MLC通路破坏肠道屏障,为理解EHEC感染导致腹泻和炎症的机制提供基础。

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

验证EspF与ANXA6的相互作用

确认EspF是否与宿主蛋白ANXA6结合,并定位结合域。

在HEK293细胞中共表达pECFP-EspF-flag和pEYFP-ANXA6-HA,通过FRET检测蛋白间距离(<10 nm),并通过CO-IP检测flag和HA标签的共沉淀;同时构建EspF N端(1-73 aa)和C端(74-248 aa)截短体进行CO-IP。

2

评估EspF/ANXA6对紧密连接蛋白表达和分布的影响

探讨EspF/ANXA6单独或共表达是否改变TJ蛋白ZO-1和occludin的水平及ZO-1的分布。

在Caco-2细胞中单独或共转染pEGFP-EspF-flag(EE)和pEYFP-ANXA6-HA(YA),或以pEYFP-EspF-T2A-ANXA6-HA(EYEA)共表达,通过Western blot检测ZO-1和occludin水平,通过免疫荧光检测ZO-1分布和荧光强度。

3

检测EspF-ANXA6对MLCK-MLC通路的影响

验证EspF-ANXA6共表达是否激活MLCK-MLC信号通路。

在Caco-2细胞中转染EYEA或EE,通过Western blot检测MLCK、p-MLC、MLC、p-PKCα、PKCα和钙调蛋白的水平。

4

评估EHEC感染中EspF对TER和TJ蛋白的影响

确定EspF在EHEC感染诱导的TER下降和TJ蛋白减少中的作用。

Caco-2细胞在Transwell上培养至快速生长期,感染EHEC野生型(WT)、espF缺失株(ΔespF)和补株(p-ΔespF),MOI=100,监测TER变化,并通过Western blot检测ZO-1和occludin水平。

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。

验证蛋白-蛋白相互作用
验证蛋白表达变化
评估细胞屏障功能

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM(杜氏改良Eagle培养基,Gibco)Gibco--
胎牛血清Gibco--
青霉素-链霉素溶液Gibco--
Lipofectamine 3000转染试剂Invitrogen--
EVOM电压表----
Transwell小室(6.5 mm,0.4 μm孔径)Corning--
Hoechst染料BeyotimeC1027
RIPA裂解液Beyotime--
Protein A+G琼脂糖珠Beyotime--
PVDF膜Merck Millipore--
牛血清白蛋白Gbcbio--
ECL化学发光底物试剂盒MilliporeWBKLS0100
抗Flag抗体SigmaF1804
抗HA抗体BioworldAP0005M
抗肌动蛋白抗体Proteintech66009-1-Ig
抗ZO-1抗体Abcamab216880
抗ANXA6抗体Thermo Fisher Scientific720161
抗磷酸化MLC抗体CST3674T
抗MLC抗体CST3672S
抗磷酸化PKCα抗体Santa Cruzsc-377565
抗PKCα抗体CST2056S
抗MLCK抗体BOSTERBM4290
抗钙调蛋白抗体Biossbs-3666R
山羊抗兔IgG二抗ProteintechSA00001-2
山羊抗小鼠IgG二抗ProteintechSA00001-1

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
EspF-ANXA6互作验证
细胞类型(HEK293)、质粒构建(pECFP-EspF-flag、pEYFP-ANXA6-HA、pEGFP-EspF/N-flag、pEGFP-EspF/C-flag)、转染剂量(1 μg)、检测时间(48 h)、FRET参数(激发440 nm,发射520±20 nm)、CO-IP抗体(anti-Flag、anti-HA)、阴性对照(IgG)
阅读提示:Materials and Methods中的'Fluorescence Resonance Energy Transfer Assay'和'Co-immunoprecipitation Assays',以及Figure Legends 2和3
TJ蛋白表达与分布
Caco-2细胞培养条件、质粒转染(EE、YA、CO、EYEA)、转染剂量(1 μg)、检测时间(48 h)、抗体(anti-ZO-1 1:500、anti-occludin)、免疫荧光固定和封闭步骤
阅读提示:Materials and Methods中的'Immunofluorescence Assay'和'Western Blotting',以及Figure Legends 4和5
MLCK-MLC通路激活
Caco-2细胞转染(EYEA、EE、EY)、Western blot抗体浓度(anti-MLCK 1:400、anti-p-MLC 1:1000、anti-MLC 1:1000、anti-p-PKCα 1:500、anti-PKCα 1:1000、anti-Calmodulin 1:500)、蛋白上样量
阅读提示:Materials and Methods中的'Western Blotting',以及Figure Legend 6
EHEC感染TER和TJ蛋白
细菌菌株(WT、ΔespF、p-ΔespF)、培养条件(LB、抗生素、L-arabinose)、感染MOI=100、TER测量时间点、Caco-2细胞培养天数(10-14天)、Transwell规格(6.5 mm, 0.4 μm)
阅读提示:Materials and Methods中的'Bacterial Strains and Cells'和'TER Measurement',以及Figure Legend 7