Plk2介导的Nrf2磷酸化和转位通过p53/Plk2/p21cip1信号在急性肾损伤中激活抗炎作用

Plk2-mediated phosphorylation and translocalization of Nrf2 activates anti-inflammation through p53/Plk2/p21cip1 signaling in acute kidney injury.

作者信息Da-Eun Kim, Hye Eun Byeon, Dae-Hoon Kim, Sang Geon Kim, Hyungshin Yim
PMID35842499
发布时间2023-08
DOI10.1007/s10565-022-09741-1

实验完整度

包含细胞实验(NRK52E、HEK293)、动物模型(C57BL/6小鼠,Nrf2 KO)、分子机制验证(IP、激酶实验)、表达和功能验证(qRT-PCR、免疫印迹、免疫荧光)。

主要模型

NRK52E大鼠肾近端小管上皮细胞 HEK293人胚胎肾细胞 C57BL/6小鼠顺铂诱导的AKI模型 Nrf2敲除C57BL/6小鼠

重点核对

NRK52E细胞用30 μM顺铂或甲氨蝶呤处理48小时 C57BL/6小鼠单次腹腔注射15 mg/kg顺铂,分别在1、3、5天取材 p53和Plk2的敲低使用shRNA慢病毒感染并嘌呤霉素筛选3天 使用Flag-Plk2和Myc-Nrf2瞬时过表达,24小时后顺铂处理48小时 Nrf2磷酸化位点Ser40和Ser215的磷酸化模拟突变体(S40E、S215E)表达

摘要

Plk2是一种细胞应激反应因子,在氧化应激时被诱导。然而,Plk2在急性肾损伤(AKI)中的作用尚未明确。我们之前发现Plk2是Nrf2在细胞应激反应中的相互作用因子,因为Plk2在Nrf2依赖性网络中被上调。在这里,我们显示p53、Plk2、p21cip1和染色质结合的Nrf2的水平在顺铂或甲氨蝶呤处理的小鼠肾组织或NRK52E细胞中均上调。p53上调Plk2导致顺铂处理的NRK52E细胞中可溶性和染色质部分的Nrf2增加。一致地,Plk2的缺失抑制了Nrf2的水平。值得注意的是,Plk2直接磷酸化Nrf2的Ser40,这促进了其与p21cip1的相互作用并转位到细胞核中,从而激活抗氧化和抗炎因子以响应AKI。总之,这些发现表明Plk2可能通过磷酸化和激活Nrf2作为抗氧化和抗炎调节因子,以保护肾细胞免受肾毒性物质的影响,并且Plk2和Nrf2因此协同工作,以保护肾细胞免受有害应激并促进其存活。

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
在急性肾损伤中,Plk2如何调控Nrf2的活性及核转位,从而发挥保护作用?
核心机制
p53上调Plk2,Plk2直接磷酸化Nrf2的Ser40,促进Nrf2与p21cip1相互作用并转位至细胞核,激活抗氧化和抗炎基因表达;Nrf2通过上调Mdm2负反馈调节p53和Plk2。
主要证据
在顺铂处理的NRK52E细胞和小鼠模型中,Plk2和Nrf2蛋白水平升高;shRNA敲低Plk2降低Nrf2水平;免疫沉淀和免疫荧光证实Nrf2与Plk2/p21cip1互作及核转位;磷酸化模拟突变体S40E上调Hmox1、Il4、Il10等表达。
研究意义
Plk2可能作为抗氧化和抗炎调节因子,通过磷酸化激活Nrf2保护肾细胞免受肾毒性物质损伤,为AKI的防治提供潜在靶点。

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

生物信息学分析

探索cisplatin引起的AKI信号通路,确定p53通路是否关键

利用公开微阵列数据集(GSE48879)进行KEGG通路分析,分析基因表达变化。

2

动物模型验证

验证cisplatin诱导的AKI中Plk2、p53、Nrf2的表达变化

C57BL/6小鼠腹腔注射cisplatin,在1、3、5天取肾皮质,qRT-PCR和免疫印迹检测相关蛋白和mRNA。

3

细胞模型验证

在体外肾上皮细胞中确认cisplatin和methotrexate对Plk2/p53/Nrf2的影响

NRK52E细胞用cisplatin或methotrexate处理,免疫印迹和qRT-PCR检测表达和染色质结合。

4

基因敲低和过表达实验

确定p53和Plk2在Nrf2表达和定位中的功能

使用shRNA敲低p53或Plk2,或过表达Flag-Plk2,检测Nrf2的表达和染色质结合。

5

机制研究:Nrf2的磷酸化和核转位

验证Plk2是否直接磷酸化Nrf2并促进其与p21cip1互作和核转位

免疫沉淀、体外激酶实验、免疫荧光和亚细胞分级分离检测Nrf2的Ser40磷酸化、与p21cip1相互作用及核定位。

6

功能验证:抗氧化和抗炎基因表达

评估Nrf2磷酸化对靶基因和细胞因子表达的影响

在过表达Nrf2磷酸化模拟突变体的NRK52E细胞中,qRT-PCR检测抗氧化基因(Hmox1, Sod1, Sod2)和细胞因子(Il4, Il10等)的表达。

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
DMEM培养基Corning Cellgro--
胎牛血清Corning Cellgro--
小牛血清Corning Cellgro--
链霉素Corning Cellgro--
青霉素Corning Cellgro--
顺铂Millipore--
甲氨蝶呤Sigma-Aldrich--
嘌呤霉素----
蛋白酶抑制剂混合物Roche--
苯zonase核酸酶----
抗Plk2抗体Abcamab34811
抗Nrf2抗体Santa Cruz Biotechnologysc-13032
抗磷酸化Ser40-Nrf2抗体Biossbs-2013R
抗p53抗体Santa Cruz Biotechnologysc-393031
抗磷酸化Ser15-p53抗体Santa Cruz Biotechnologysc11764
抗Plk1抗体Millipore05–844
抗磷酸化Ser1981-Atm抗体CalbiochemDR1003
抗Atm抗体Santa Cruz Biotechnologysc-23921
抗p21cip1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-6246
抗Puma抗体Cell Signaling Technology4976
抗Mdm2抗体Santa Cruz Biotechnologysc-965
抗IL4抗体Santa Cruz Biotechnologysc-53084
抗IL10抗体Santa Cruz Biotechnologysc-365858
抗组蛋白H1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-8030
抗α-微管蛋白抗体SigmaT6074
抗Flag抗体SigmaF3165
抗β-肌动蛋白抗体SigmaA5441
正常IgGSanta Cruz Biotechnologysc-2027
蛋白A/G琼脂糖Santa Cruz Biotechnologysc-2002
Trizol试剂Invitrogen Life Technologies--
第一链cDNA合成试剂盒Thermo Scientific--
SYBR Green预混液Bio-Rad--
CFX96实时PCR系统Bio-Rad--
抗p21cip1抗体(MyBioSource)MyBioSourceMBS440016
FITC标记的抗兔二抗Invitrogen--
FITC标记的抗鼠二抗Jackson ImmunoResearch Laboratories--
Cy3标记的抗兔二抗Jackson ImmunoResearch Laboratories--
Cy3标记的抗鼠二抗Jackson ImmunoResearch Laboratories--
DAPISigma-Aldrich--
共聚焦显微镜FW3000Olympus--
Odyssey红外成像系统LI-COR Biosciences--

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
细胞培养和处理
NRK52E细胞接种密度3x10^4细胞/ml,培养于含10% calf serum的DMEM;顺铂或甲氨蝶呤处理浓度和时间(如30 μM处理48小时)
阅读提示:Materials and methods - Cell culture and treatment
动物模型
9周龄雄性C57BL/6小鼠,单次腹腔注射15 mg/kg顺铂,在1、3、5天取材;每组n=4或5
阅读提示:Materials and methods - Animal treatment 和 Figure 1 legend
基因敲低和过表达
shRNA序列靶向大鼠Plk2和p53;嘌呤霉素筛选3天;Flag-Plk2或Myc-Nrf2过表达后处理条件
阅读提示:Materials and methods - Lentivirus-based shRNA preparation 和 Results 相关图注
蛋白检测
细胞裂解液成分,染色质分级分离方法,抗体目录号和稀释度
阅读提示:Materials and methods - Immunoblot analysis
免疫荧光
细胞固定、透化、封闭条件和抗体浓度
阅读提示:Materials and methods - Immunofluorescence
实时定量PCR
RNA提取方法、cDNA合成、SYBR Green Master Mix和引物序列
阅读提示:Materials and methods - Quantitative real-time PCR 和补充表1