E-钙粘蛋白通过β-连环蛋白维持小鼠精原祖细胞的未分化状态

E-cadherin maintains the undifferentiated state of mouse spermatogonial progenitor cells via β-catenin.

作者信息Weixiang Song, Danchen Zhang, Jiaqi Mi, Wenfei Du, Yang Yang, Rong Chen, Cong Tian, Xiaodong Zhao, Kang Zou
PMID36050783
发布时间2022-09-01
DOI10.1186/s13578-022-00880-w

实验完整度

包含体外培养、RNAi、CRISPR/Cas9、条件性敲除小鼠模型、体内IHC/WB、Co-IP、双荧光素酶报告和乙酰化检测等多层级验证。

主要模型

小鼠精原祖细胞(SPCs) E-cadherin条件性敲除小鼠(E-cadherinL/L;Ddx4-Cre+) HEK 293T细胞

重点核对

SPCs分离:5日龄小鼠睾丸,THY1.2+ MACS分选,MEF饲养层培养 E-cadherin条件性敲除:Cdh1L/L与Ddx4-Cre小鼠交配,生殖细胞特异性缺失 E-cadherin敲低:siRNA转染SPCs,72小时检测 β-catenin敲低:siRNA转染SPCs,Western blot检测相关蛋白 HDAC4敲低:siRNA转染SPCs,检测分化标志物变化

摘要

背景 钙粘蛋白在精原祖细胞(SPCs)与其周围微环境之间的细胞间相互作用中发挥着关键作用。具体而言,E-钙粘蛋白在许多物种中作为SPCs的细胞标志物。在小鼠SPCs中去除E-钙粘蛋白对SPCs归巢和精子发生无明显影响。 结果 在此,我们研究了E-钙粘蛋白在调节SPCs命运中的调控作用。生殖细胞中E-钙粘蛋白的特异性缺失被证明可促进SPCs分化,表现为小鼠睾丸中PLZF+群体减少和c-Kit+群体增加。E-钙粘蛋白缺失下调了β-连环蛋白的表达水平,导致核内β-连环蛋白减少,从而降低转录活性。值得注意的是,在E-钙粘蛋白缺失后,钙粘蛋白22(CDH22)的表达水平特异性升高,表明CDH22与E-钙粘蛋白在SPCs中发挥协同作用。通过寻找β-连环蛋白的结合伙伴,淋巴样增强子结合因子1(LEF1)、T细胞因子(TCF3)、组蛋白去乙酰化酶4(HDAC4)和信号转导与转录激活因子3(STAT3)被鉴定为通过调节分化基因与PLZF的乙酰化来抑制SPCs分化。 结论 SPCs的两个表面标志物E-钙粘蛋白和钙粘蛋白22通过关键中间分子β-连环蛋白协同维持SPCs的未分化状态。LEF1、TCF3、STAT3和HDAC4被确定为β-连环蛋白在调节SPC命运中的协同调控因子。这些观察揭示了钙粘蛋白对SPC命运的新型调控模式。

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
E-钙粘蛋白是否以及如何通过β-连环蛋白调节小鼠精原祖细胞的命运?
核心机制
E-钙粘蛋白与CDH22协同通过β-连环蛋白维持SPCs未分化状态;β-连环蛋白与LEF1、TCF3、HDAC4和STAT3相互作用,其中HDAC4与PLZF结合并通过去乙酰化抑制分化基因(如c-Kit和Stra8)的表达。
主要证据
在SPCs中敲低E-cadherin或条件性敲除E-cadherin后,PLZF和GFRA1表达下降,c-Kit表达上升;β-catenin表达下降,其磷酸化水平改变;Co-IP证实β-catenin与LEF1、TCF3、HDAC4、STAT3以及CDH22结合;双荧光素酶报告和乙酰化检测证明HDAC4抑制c-Kit和Stra8表达。
研究意义
揭示了钙粘蛋白通过β-连环蛋白调控SPC命运的新型调控模式,为理解精原干细胞维持和分化机制提供了新见解。

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

SPCs的分离与鉴定

获取并验证精原祖细胞(SPCs)的纯度和特性。

从5日龄小鼠睾丸中分离细胞,使用THY1.2+ MACS分选SPCs,在MEF饲养层上培养,通过RT-PCR检测SPC标志物(Plzf, Cdh1, Gfra1, Id4),并通过IF染色确认E-cadherin和β-catenin共表达。

2

体外干扰E-cadherin表达

研究E-cadherin对SPCs未分化状态的影响。

使用siRNA转染SPCs敲低E-cadherin,通过IF和Western blot检测E-cadherin、PLZF、GFRA1、c-Kit等表达变化,并通过co-IP验证E-cadherin与β-catenin的结合。

3

体内条件性敲除E-cadherin

验证E-cadherin缺失对SPCs分化的影响。

通过E-cadherin floxed小鼠与Ddx4-Cre小鼠交配,获得生殖细胞特异性敲除小鼠,通过IHC和Western blot检测PLZF+和c-Kit+细胞数量及标志物表达。

4

分析E-cadherin缺失对β-catenin的影响

探究E-cadherin缺失如何影响β-catenin的表达、磷酸化和转录活性。

比较E-cadherin敲除SPCs中β-catenin mRNA和蛋白水平,检测β-catenin在S33/S37/T41和S675位点的磷酸化,并使用CRISPR/Cas9敲除E-cadherin后观察β-catenin的变化。

5

验证CDH22的协同作用

确定CDH22是否与E-cadherin协同调节β-catenin。

在SPCs中敲低Cdh22或同时敲低Cdh1和Cdh22,检测β-catenin表达及磷酸化变化,并通过co-IP验证CDH22与β-catenin的结合。

6

鉴定β-catenin的协同调控因子

寻找β-catenin在SPCs中的相互作用蛋白。

通过RT-PCR检测Tcf家族表达,IHC/IF定位LEF1、TCF3、TCF4,Co-IP验证β-catenin与LEF1、TCF3的结合,siRNA敲低Lef1、Tcf3观察PLZF表达变化。

7

验证HDAC4和STAT3的作用

确定HDAC4和STAT3是否作为β-catenin的协同因子调节SPCs命运。

检测Hdac1-9表达,IHC/IF定位HDAC4,Co-IP验证β-catenin与HDAC4、STAT3结合,siRNA敲低Hdac4或Stat3检测SPC标志物和分化标志物变化。

8

HDAC4直接抑制分化基因表达

证明HDAC4通过去乙酰化直接抑制c-Kit和Stra8表达。

Co-IP验证HDAC4与PLZF结合,双荧光素酶报告实验检测HDAC4和PLZF对c-Kit和Stra8启动子的抑制作用,用乙酰化赖氨酸IP结合Western blot检测c-Kit和STRA8乙酰化水平。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
THY1.2抗体包被磁珠BD551518
TRNZol试剂TiangenDP405
GoScript逆转录系统PromegaA5001
TB Green预混液Ex Taq IITakaraRR820A
链霉亲和素-辣根过氧化物酶Jackson Lab1:500
DAB显色试剂盒Vectorsk4100
小鼠IgGBiossbs-0295PC
兔IgGBiossbs-0296PC
T4 DNA连接酶Takara2011A
Lipofectamine 3000转染试剂Life technologiesL3000015
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo FisherL3000008
GML-PC试剂盒Genomeditech ShanghaiGM-040801-15
山羊抗小鼠IgG-HRPSanta Cruzsc-2005
小鼠抗兔IgG-HRPSanta Cruzsc-2357
增强化学发光试剂Tanon180-501
裂解液BeyotimeP0013
蛋白A/G琼脂糖珠Santa Cruzsc-2003
双荧光素酶试剂盒PromegaE1910
Glomax 20/20发光检测仪PromegaE5311

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
SPCs分离与培养
小鼠年龄(5日龄),THY1.2+ MACS分选,MEF饲养层培养,培养基成分,传代次数(小于5代用于IF)
阅读提示:Methods: Isolation and culture of mouse SPCs
E-cadherin敲低(RNAi)
siRNA序列(见补充表S3),转染试剂(Lipofectamine 3000),转染后时间(72小时),SPCs代数(10-15代)
阅读提示:Methods: RNAi and CRISPR/Cas9-mediated gene editing
条件性敲除小鼠
E-cadherin floxed小鼠(Cdh1L/L),Ddx4-Cre小鼠,交配策略,小鼠年龄(90天)
阅读提示:Methods: Animals; Figure 2B
β-catenin/HDAC4等敲低
siRNA序列(见补充表S3),转染后时间(未明确说明),SPCs代数(10-15代)
阅读提示:Methods: RNAi and CRISPR/Cas9-mediated gene editing; 图5I-N
双荧光素酶报告
质粒构建(pGL3-c-Kit/Stra8,pcDNA3.1-Hdac4/Plzf),细胞系(HEK 293T),转染量(0.25μg质粒,3ng pRL-CMV),检测时间(24小时)
阅读提示:Methods: Dual luciferase reporter assay