Follistatin样蛋白1(FSTL1)与Wnt配体和Frizzled受体相互作用,增强体内梗阻肾脏中的Wnt/β-catenin信号传导。

Follistatin-like 1 (FSTL1) interacts with Wnt ligands and Frizzled receptors to enhance Wnt/β-catenin signaling in obstructed kidneys in vivo.

作者信息Yu Zhang, Yang Wang, Guoxun Zheng, Yang Liu, Jinhong Li, Huihui Huang, Chunhua Xu, Yelin Zeng, Xiaoyi Zhang, Jinzhong Qin, Chunsun Dai, Harald O Hambrock, Ursula Hartmann, Bo Feng, Kingston Kinglun Mak, Youhua Liu, Hui-Yao Lan, Yu Huang, Zhi-Hua Zheng, Yin Xia
PMID35525270
发布时间2022-07
DOI10.1016/j.jbc.2022.102010

实验完整度

包含体内小鼠UUO模型、人肾组织样本、体外细胞实验、分子机制验证(免疫共沉淀、下拉实验)等多个独立证据层级,并有功能获得和缺失实验。

主要模型

小鼠UUO(单侧输尿管梗阻)模型 NRK-49F大鼠肾成纤维细胞 HEK293T人胚肾细胞 IMCD3小鼠内髓集合管细胞

重点核对

UUO手术时间(1,3,7天)及FSTL1表达的时间变化 FSTL1过表达(尾静脉注射Fstl1-HA质粒20μg)和中和(腹腔注射抗FSTL1抗体5 μg/g体重) 体外实验中Wnt3a蛋白浓度(10-30 ng/ml)及FSTL1蛋白浓度(200-500 ng/ml) 细胞系选择(IMCD3、HEK293T、NRK-49F)及转染方法(Lipofectamine 2000)

摘要

Follistatin(FS)样蛋白1(FSTL1)是FS-SPARC(分泌性蛋白、酸性且富含半胱氨酸)家族分泌和细胞外基质蛋白的成员。FSTL1的功能已在心脏和肺损伤以及伤口愈合中进行了研究;然而,FSTL1在肾脏中的作用在很大程度上是未知的。在这里,我们通过单细胞RNA-Seq显示,在梗阻的小鼠肾脏中,Fstl1在基质细胞中富集。此外,免疫荧光表明,在小鼠和人类患者的肾脏纤维化过程中,成纤维细胞中FSTL1表达被诱导。我们证明,FSTL1过表达增加了梗阻小鼠肾脏中的肾纤维化并激活了Wnt/β-catenin信号通路,已知该通路促进肾纤维化,但未影响转化生长因子β(TGF-β)、Notch、Hedgehog或Yes相关蛋白(YAP)信号通路,而抑制FSTL1降低了Wnt/β-catenin信号传导。重要的是,我们显示FSTL1与Wnt配体和Frizzled(FZD)受体相互作用,但不与共受体脂蛋白受体相关蛋白6(LRP6)相互作用。具体来说,我们发现FSTL1通过其细胞外钙结合(EC)结构域和von Willebrand因子C型样(VWC)结构域与Wnt3a相互作用,并通过其EC结构域与FZD4相互作用。此外,我们表明FSTL1增加了Wnt3a与FZD4的关联,并促进了Wnt/β-catenin信号传导和纤维化。与Wnt3a和FZD4相互作用的EC结构域也增强了Wnt3a信号传导。因此,我们得出结论,FSTL1是Wnt/β-catenin通路的新型细胞外增强剂。

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
FSTL1在肾脏纤维化中的作用及其是否通过调控特定信号通路(如Wnt/β-catenin)来促进纤维化?
核心机制
FSTL1通过其EC结构域与Wnt配体(如Wnt3a)和FZD受体(如FZD4)结合,增强Wnt配体与FZD受体的相互作用,从而放大Wnt/β-catenin信号传导,促进肾纤维化。
主要证据
在UUO小鼠肾脏中过表达FSTL1增强Wnt/β-catenin信号并加重纤维化,而中和FSTL1则降低该信号;体外实验显示FSTL1增强WNT3a诱导的报告基因活性,且与Wnt3a和FZD4直接相互作用。
研究意义
该研究首次揭示FSTL1作为Wnt/β-catenin通路的新型细胞外增强剂,为肾纤维化治疗提供潜在靶点。

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

FSTL1在纤维化肾脏中的表达分析

确定FSTL1在肾脏纤维化过程中的表达变化和细胞定位。

通过bulk RNA-Seq和单细胞RNA-Seq分析UUO小鼠肾脏中Fstl1的表达,并利用qPCR、Western blot和免疫荧光检测FSTL1在肾脏中的表达分布,及在人和小鼠纤维化肾脏中的成纤维细胞共定位。

2

FSTL1过表达对肾脏纤维化及Wnt/β-catenin通路的影响

评估FSTL1在体内对肾纤维化和Wnt/β-catenin信号的作用。

通过尾静脉高压注射Fstl1-HA质粒过表达FSTL1,检测纤维化标志物(α-SMA、Fn-1、Col1A1)及Wnt通路蛋白(p-LRP6、p-GSK3β、活性β-catenin)的变化。

3

FSTL1中和对Wnt/β-catenin通路的影响

验证内源性FSTL1对Wnt/β-catenin信号的必要性。

通过腹腔注射抗FSTL1抗体中和内源性FSTL1,检测Wnt通路蛋白的变化。

4

体外验证FSTL1对Wnt信号的作用

在细胞水平证实FSTL1直接增强Wnt/β-catenin信号。

使用TOPflash/8×TOPflash荧光素酶报告基因检测FSTL1对Wnt3a诱导信号的影响,并通过过表达和siRNA敲低验证。

5

FSTL1与Wnt配体和受体的相互作用研究

确定FSTL1与Wnt信号通路组分的直接结合及其结构域。

通过共免疫沉淀(co-IP)、下拉实验和细胞表面标记实验,分析FSTL1与多种Wnt配体及FZD4、LRP6的相互作用,并 mapping 相互作用的FSTL1结构域。

6

EC结构域对Wnt信号的功能验证

确认FSTL1的EC结构域是否能独立增强Wnt信号。

在HEK293T和NRK-49F细胞中表达EC结构域,检测其对Wnt3a诱导报告基因活性的影响。

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
抗FSTL1抗体R&D SystemsAF1738
抗PDGFR-β抗体Abcamab32570
抗α-SMA抗体Abcamab5694
抗纤连蛋白抗体MilliporeAB2033
抗Wnt1抗体Abcamab15251
抗WNT3a抗体Cell Signaling Technology2721
抗V5抗体Cell Signaling Technology13202
抗HA抗体Millipore05-904
抗磷酸化GSK3β抗体Cell Signaling Technology9336
抗GSK3β抗体Cell Signaling Technology9315
抗活性β-catenin抗体Cell Signaling Technology8814
抗β-catenin抗体Cell Signaling Technology8480
抗磷酸化LRP6抗体Cell Signaling Technology2568
抗LRP6抗体Cell Signaling Technology3395
抗I型胶原抗体Bioss Antibodiesbs-10423R
抗TGF-β1抗体Biossbs-0086R
抗磷酸化Smad3抗体Abcamab52903
抗Smad3抗体Cell Signaling Technology9523
抗磷酸化Smad1/5/8抗体Cell Signaling Technology9511
抗Smad1抗体Cell Signaling Technology9743
抗磷酸化JNK抗体Cell Signaling Technology9251
抗JNK抗体Cell Signaling Technology9252
抗磷酸化CaMKII抗体Cell Signaling Technology12716
抗CaMKII抗体Abcamab52476
抗Myc抗体Abcamab9106
抗SNAP抗体Thermo Fisher ScientificCAB4255
蛋白A/G琼脂糖珠Pierce Biotechnology--
DMEM培养基----
胎牛血清----
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
BG-PEG12-生物素New England Biolabs--
链霉亲和素琼脂糖Thermo Fisher Scientific--
RNA提取试剂盒Takara9767
PrimeScript逆转录试剂盒TakaraRR036A
SYBR Green PCR预混液TakaraRR420D
双荧光素酶报告检测试剂盒Promega--
重组小鼠WNT3a蛋白R&D Systems1324-WN
重组小鼠FSTL1蛋白R&D Systems1738-FN
重组人FSTL1蛋白R&D Systems1694-FN
重组WNT3a蛋白PeproTech315-20
重组FZD4-Fc蛋白R&D Systems194-FZ

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
UUO模型和FSTL1表达检测
小鼠品系、性别、年龄(8周龄雄性);UUO手术时间点(1,3,7天);Fstl1表达检测方法(qPCR、Western blot)
阅读提示:见“Mice”及Figure 1图例
FSTL1过表达实验
质粒剂量(20 μg)、注射方式(尾静脉高压注射)、时间(UUO后2天,次日取材)
阅读提示:见“Mice”部分
FSTL1中和实验
抗体剂量(5 μg/g体重)、给药方式(腹腔注射)、时间(UUO后7天,6小时后取材)
阅读提示:见“Mice”部分
体外细胞实验
细胞系(HEK293T、NRK-49F、IMCD3);培养基(DMEM、DMEM/F12);血清饥饿条件(0.1% BSA)、Wnt3a蛋白浓度(10-30 ng/ml)、FSTL1蛋白浓度(200-500 ng/ml)
阅读提示:见“Cell culture and transfection”和“Luciferase assay and siRNA targeting”
分子相互作用实验
转染质粒组合、免疫沉淀用抗体、重组蛋白浓度(如Wnt3a 1.5 μg、FSTL1 3 μg)、孵育条件
阅读提示:见“IP”和相应图例(Figures 5-7)