Gαq-PKD/PKCμ信号调控HDAC5核输出以诱导IκB表达并限制NF-κB介导的炎症反应,这对早期妊娠至关重要

Gαq-PKD/PKCμ signal regulating the nuclear export of HDAC5 to induce the IκB expression and limit the NF-κB-mediated inflammatory response essential for early pregnancy.

作者信息Yufei Jiang, Yan He, Songting Liu, Gaizhen Li, Dunjin Chen, Wenbo Deng, Ping Li, Ying Zhang, Jinxiang Wu, Jianing Li, Longmei Wang, Jiajing Lin, Haibin Wang, Shuangbo Kong, Guixiu Shi
PMID37498654
期刊Elife
发布时间2023-07-27
DOI10.7554/eLife.83083

实验完整度

包含CRISPR/Cas9基因敲除细胞模型、RNA-seq、体外蜕膜化模型、人囊胚共培养、患者样本验证及药物干预等多层级证据,并进行了机制功能验证。

主要模型

永生化人子宫内膜基质细胞系(HESC,ATCC CRL-4003) GNAQ敲除HESC细胞系 原代人子宫内膜基质细胞 人囊胚-蜕膜细胞共培养模型 正常早期妊娠和复发性流产患者的蜕膜组织样本

重点核对

GNAQ敲除效率:通过Sanger测序和Western blot验证 NF-κB核转位:通过细胞质/核分离和免疫荧光检测p65/p50 NFκBIA表达水平:通过qRT-PCR和Western blot检测mRNA和蛋白水平 HDAC5磷酸化及核定位:通过Western blot和免疫荧光检测 人囊胚共培养实验的统计设计:5次独立实验,使用卡方检验

摘要

蜕膜化,即子宫内膜基质细胞转化为特化的蜕膜细胞,是人类正常胚胎植入和成功妊娠的前提。在此,我们证明了Gαq的敲除导致蜕膜化过程中异常增强的炎症状态。此外,我们发现Gαq缺陷导致核因子(NF)-κB信号过度激活,这是由于编码IκB蛋白(NF-κB的负调控因子)的NFκBIA表达减少。机制上,Gαq缺陷降低了蛋白激酶D(PKD,又称PKCμ)的磷酸化水平,导致HDAC5磷酸化减弱,从而减少其核输出。异常高水平的核HDAC5阻碍组蛋白乙酰化,从而抑制蜕膜化过程中NFκBIA的诱导转录。一致地,药理学激活PKD/PKCμ或抑制HDAC5可恢复炎症状态和适当的蜕膜反应。最后,我们揭示了Gαq缺陷蜕膜中的过度活跃炎症状态在体外延迟了囊胚孵化和粘附,并且复发性流产女性蜕膜中Gαq的表达显著低于正常妊娠。简言之,我们在此表明Gαq是响应分化信号调节炎症细胞因子表达和蜕膜稳态的关键调节因子,这对于成功植入和早期妊娠是必需的。

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
Gαq在蜕膜化过程中如何调控炎症反应,以及其机制对早期妊娠的影响。
核心机制
Gαq通过PKD/PKCμ信号促进HDAC5磷酸化,导致HDAC5核输出,从而解除对NFκBIA转录的抑制,上调IκB表达,限制NF-κB介导的炎症反应。
主要证据
GNAQ敲除HESC显示NF-κB过度激活和炎症因子表达升高;PMA激活PKD/PKCμ或LMK235抑制HDAC5可恢复NFκBIA表达并改善蜕膜化;人囊胚共培养实验显示Gαq缺陷影响囊胚孵化和粘附。
研究意义
该研究揭示了Gαq作为炎症细胞因子表达和蜕膜稳态的关键调节因子,为理解早期妊娠丢失提供了新的线索。

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GNAQ敲除细胞系并验证蜕膜化模型

确定Gαq在蜕膜化过程中的作用。

使用CRISPR/Cas9技术敲除HESC中的GNAQ基因,并通过Sanger测序和Western blot验证敲除效率;随后诱导蜕膜化,检测蜕膜标志物PRL和IGFBP-1的表达变化。

2

检测NF-κB信号通路和炎症状态

探讨Gαq缺陷是否导致NF-κB过度激活及炎症因子表达升高。

通过Western blot、免疫荧光检测p65/p50的核转位和磷酸化,通过qRT-PCR检测炎症因子IL-11、IL-1β的表达,并使用NF-κB抑制剂PDTC进行功能验证。

3

验证NFκBIA表达下调及IκBα的功能

确定Gαq是否通过调控NFκBIA表达来影响NF-κB信号。

检测NFκBIA mRNA和蛋白水平,通过过表达NFκBIA进行功能恢复实验,观察NF-κB核转位和蜕膜化标志物的变化。

4

确定Gαq激活PKD/PKCμ信号通路

探究Gαq下游信号通路,确定PKD/PKCμ在其中的作用。

检测Gαq下游PKC亚型的磷酸化水平,使用PKD/PKCμ激活剂PMA和抑制剂CID755673处理细胞,观察HDAC5磷酸化和NFκBIA表达的变化。

5

验证HDAC5核输出调控NFκBIA转录

确定HDAC5磷酸化及其核定位是否影响NFκBIA的转录。

通过免疫荧光和亚细胞分离检测HDAC5的定位,通过ChIP检测HDAC5在NFκBIA启动子上的富集,并使用HDAC5抑制剂LMK235进行功能验证。

6

评估人囊胚共培养中的蜕膜功能

评估Gαq缺陷导致的过度炎症对胚胎着床的影响。

将人囊胚与对照或GNAQ-KO蜕膜细胞共培养,观察囊胚的孵化和粘附情况。

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
杜尔贝科改良伊格尔培养基/F12Gibco--
活性炭剥离胎牛血清Biological Industries--
胰岛素-转铁蛋白-硒Gibco--
嘌呤霉素----
甲羟孕酮17-醋酸酯SigmaM1629
双丁酰环磷酸腺苷SigmaD0627
JET-PEI转染试剂Polyplus-transfection--
TRIzol试剂Invitrogen--
安捷伦2100生物分析仪Agilent--
DAPI染色液Sigma--
甲醛CST12606S
蛋白G磁珠Invitrogen10007D
TRIzol RNA纯化试剂盒Invitrogen--
Takara PrimeScript逆转录试剂盒Takara--
SYBR Green预混液Roche--
ABI Q5实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
蛋白酶抑制剂混合物Roche--
脱脂牛奶BD--
抗Gαq抗体Abcamab75825
抗Ki67抗体Abways TechnologyCY5542
抗p50抗体Abcamab32360
抗p65抗体Abcamab32536
抗HA标签抗体Cell Signaling Technology3724
抗HDAC5抗体Cell Signaling Technology98329
正常小鼠IgGSanta Cruz BiotechnologySC-2025
抗IGFBP-1抗体Abcamab181141
抗IL-1β抗体Origene IncTA506443
抗磷酸化STAT3抗体Abcamab76315
抗STAT3抗体Abcamab68153
抗IκBα抗体Abcamab32518
抗磷酸化NF-κB p65(Ser536)抗体Biossbs-0982R
抗磷酸化IκBα(Ser32)抗体Biossbsm-52169R
抗磷酸化PKA C(Thr197)抗体Cell Signaling Technology5661
抗PKA C-α抗体Cell Signaling Technology5842
抗磷酸化PKCα/βII(Thr638/641)抗体Cell Signaling Technology9375
抗PKCα抗体Cell Signaling Technology2056
磷酸化PKC抗体套装Cell Signaling Technology9921
抗磷酸化HDAC5抗体ABclonalAP0202
抗GAPDH抗体AbmartM20006
抗β-微管蛋白抗体ABclonalAC021
抗LaminA/C抗体ABclonalA0249
抗组蛋白H3抗体AbmartP30266
pLVX-IRES-ZsGreen慢病毒载体Takara632187
佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯----
CID755673----
LMK235----
12孔板Thermo Fisher Scientific--

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
细胞培养与蜕膜化诱导
HESC细胞系来源(ATCC CRL-4003);培养条件(DMEM/F12 + 10% CS-FBS + 1% ITS + 500 ng/ml puromycin等);蜕膜化诱导条件(DMEM/F12 + 2% CS-FBS + 1 μM MPA + 0.5 mM dbcAMP)。
阅读提示:Methods - 'HESC culture and in vitro decidualization'
GNAQ基因敲除
gRNA序列;CRISPR/Cas9转染方法;单克隆筛选及验证方法(Sanger测序、Western blot)。
阅读提示:Methods - 'Generation and validation of GANQ-KO cells'
NF-κB信号检测
p65/p50核转位的检测方法;NF-κB抑制剂PDTC的使用浓度(10 μM)及处理时间;炎症因子检测指标。
阅读提示:Results - 'Gαq modulates the NF-κB signaling pathway...' 及 Figure 2 图注
机制验证实验
PMA浓度(1 nM);CID755673浓度及处理时间;LMK235浓度(2 μM);ChIP实验的具体条件。
阅读提示:Results - 'PKD/PKCμ stimulates the NFκBIA expression...' 及 Figure 5 图注
囊胚共培养实验
人囊胚来源;共培养体系;统计方法(卡方检验)及独立重复次数(5次)。
阅读提示:Results - 'Human blastocyst's hatching is deferred...' 及 Methods - 'Human blastocyst - ESC co-culture'