S100a9抑制Atg9a转录并参与β1-肾上腺素能受体自身抗体诱导的心肌细胞自噬抑制

S100a9 inhibits Atg9a transcription and participates in suppression of autophagy in cardiomyocytes induced by β1-adrenoceptor autoantibodies.

作者信息Xiaoyan Zhi, Shu Shi, Yang Li, Mingxia Ma, Yaolin Long, Chen Li, Haihu Hao, Huirong Liu, Xiaohui Wang, Li Wang
PMID37723445
发布时间2023-09-18
DOI10.1186/s11658-023-00486-1

实验完整度

高

包含体外细胞实验、动物模型、蛋白质组学、功能验证和机制验证。

主要模型

H9c2心肌细胞 C57BL/6小鼠主动免疫模型 AAV9-S100a9-RNAi小鼠模型

重点核对

β1-AA的浓度和刺激时间(1 μmol/L,24 h) S100a9 siRNA敲低序列及效率 AAV9-S100a9-RNAi注射剂量(5×10^11 vg/小鼠)和敲低验证时间(5周后) 自噬指标(LC3和p62)的检测 动物分组和超声心动图参数(EF%, FS%, LVIDd, LVIDs, IVSd, IVSs)

摘要

背景:自噬抑制引起的心肌细胞死亡是心功能不全的重要原因。深入探索其机制可能有助于改善心功能不全。在我们之前的研究中,我们发现β1-肾上腺素能受体自身抗体(β1-AAs)诱导心肌自噬降低并导致心肌细胞死亡,从而导致心功能不全。通过基于串联质量标签(TMT)的定量蛋白质组学,在主动免疫小鼠的心肌组织中发现自噬相关的S100a9蛋白显著上调。然而,S100a9在β1-AAs存在的情况下是否通过自噬影响心脏功能以及具体机制目前尚不清楚。方法:本研究采用主动免疫法建立β1-AA诱导的小鼠心功能不全模型,采用RT-PCR和western blot检测心肌细胞中基因和蛋白表达的变化。我们使用siRNA敲低心肌细胞中的S100a9。进行自噬PCR阵列以筛选转染S100a9 siRNA和阴性对照siRNA的细胞中差异表达的自噬相关基因。采用细胞质核分离、免疫共沉淀(Co-IP)和免疫荧光检测S100a9与缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)的结合。最后,通过尾静脉注射AAV9-S100a9-RNAi敲低心肌细胞中的S100a9。通过超声检查检测心脏功能。结果:结果表明,β1-AAs诱导S100a9表达。PCR阵列显示,在S100a9 siRNA细胞中Atg9a显著变化,β1-AAs增加了S100a9和HIF-1α在细胞质中的结合。敲低S100a9显著改善了自噬水平和心功能不全。结论:我们的研究表明,β1-AAs增加了心肌细胞中S100a9的表达,S100a9与HIF-1α相互作用,阻止HIF-1α正常进入细胞核,从而抑制Atg9a的转录。这导致自噬抑制和心功能不全。补充信息:在线版本包含补充材料,可在10.1186/s11658-023-00486-1获取。

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
S100a9是否通过自噬影响β1-AAs诱导的心功能不全,以及具体机制是什么?
核心机制
β1-AAs上调心肌细胞中S100a9表达,S100a9在细胞质中与HIF-1α结合,阻止HIF-1α进入细胞核,从而抑制Atg9a的转录,导致自噬抑制和心功能不全。
主要证据
通过TMT定量蛋白质组学发现S100a9上调;PCR阵列筛选出Atg9a;Co-IP和免疫荧光显示S100a9与HIF-1α结合增加;细胞核质分离显示HIF-1α核转位减少;敲低S100a9(siRNA或AAV9)恢复自噬和心功能。
研究意义
作者提出,下调S100a9可作为上调心肌自噬和改善心功能不全的有效策略,为心血管疾病的精准治疗提供新的理论依据。

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

建立β1-AA诱导的心功能不全模型

建立模拟β1-AA病理状态的动物模型。

C57BL/6小鼠皮下注射β1-AR-ECII与完全弗氏佐剂乳化液进行主动免疫,两周后加强免疫。

2

验证β1-AA诱导S100a9表达上调

验证β1-AA是否增加心肌细胞中S100a9的表达。

通过TMT定量蛋白质组学分析免疫小鼠心肌组织,并通过western blot和免疫荧光检测S100a9表达;H9c2细胞用β1-AA刺激不同时间检测S100a9表达。

3

检测S100a9对自噬的影响

明确S100a9是否参与β1-AA诱导的自噬抑制。

在H9c2细胞中敲低S100a9(siRNA),检测自噬标志物LC3和p62的表达;并用β1-AA处理后观察自噬变化。

4

筛选并验证下游靶基因Atg9a

识别S100a9抑制自噬的关键下游分子。

使用自噬PCR阵列筛选S100a9敲低后差异表达的基因,发现Atg9a显著上调;随后通过RT-PCR和western blot验证Atg9a表达变化。

5

验证HIF-1α作为Atg9a的转录因子

探究Atg9a转录调控机制。

通过JASPAR预测HIF-1α结合位点,构建Atg9a启动子荧光素酶报告基因,检测HIF-1α过表达对转录活性的影响。

6

检测β1-AA对HIF-1α功能的影响

探究β1-AA是否影响HIF-1α对Atg9a的转录促进作用。

检测β1-AA处理后HIF-1α表达和Atg9a启动子荧光素酶活性。

7

验证S100a9与HIF-1α的相互作用及对核转位的影响

探究S100a9阻碍HIF-1α入核的机制。

通过Co-IP和免疫荧光检测S100a9与HIF-1α的结合及共定位;通过核质分离检测HIF-1α在细胞核和细胞质中的分布。

8

体内验证S100a9敲低的效果

验证体内敲低S100a9是否改善β1-AA诱导的心功能不全和自噬抑制。

通过尾静脉注射AAV9-S100a9-RNAi敲低心肌S100a9,进行主动免疫,通过超声心动图检测心功能,通过western blot检测自噬相关蛋白。

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
完全弗氏佐剂Sigma-Aldrich--
不完全弗氏佐剂Sigma-Aldrich--
链霉亲和素----
辣根过氧化物酶标记链霉亲和素--SA-50004
ABTSBio Basic Inc.AD0002
MAbTrap试剂盒GE Healthcare--
RIPA裂解液BOSTERAR102-100
蛋白酶抑制剂BOSTERAR1178
磷酸酶抑制剂BOSTERAR1195
BCA试剂盒BosterAR0146
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清Cellmax--
青霉素和链霉素----
RNAFit转染试剂Hanbio Co., Ltd.--
Opti-MEM培养基----
LipoFiter3.0转染试剂Hanbio Co., Ltd.--
LC3B抗体Abcamab48394
p62抗体Abcamab56416
S100a9抗体Abcamab242945
HIF-1α抗体Cohesion BiosciencesCPA9305
Atg9a抗体Abcamab108338
β-actin抗体Proteintech81115-1-RR
GAPDH抗体Biossbsm-33033M
S100a9抗体Proteintech26992-1-AP
HIF-1α抗体Santa Cruzsc-13515
Trizol试剂Takara--
PrimeScript RT试剂盒TakaraRR047A
RT-qPCR快速qPCR试剂盒(含TB Green)TakaraRR430A
VII Atm7实时PCR系统WC Gene Biotechnology--
Roche FastStart Universal SYBR Green预混液Roche--
双荧光素酶报告基因检测系统Molecular Devices--
荧光素酶报告基因检测试剂盒Dalian Meilun BiotechnologyMA0518

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
动物模型建立
β1-AR-ECII的使用浓度、乳化方法、注射剂量;佐剂类型(完全/不完全弗氏佐剂);免疫时间点
阅读提示:Methods: Establishment of the actively immunized mouse model
细胞培养与处理
细胞系(H9c2)、培养基(DMEM+10%FBS)、β1-AA浓度和刺激时间(1 μmol/L,24 h)
阅读提示:Methods: Cell culture and stimulation
S100a9敲低
siRNA序列及转染试剂(RNAFit)、siRNA浓度(100 nM)
阅读提示:Methods: RNA interference
自噬检测
LC3和p62蛋白表达(western blot)、mRNA水平(RT-PCR)
阅读提示:Results: Upregulation of S100a9 expression inhibited the autophagic flux induced by β1-AAs
机制验证
Co-IP、免疫荧光、核质分离检测S100a9与HIF-1α相互作用及定位
阅读提示:Results: β1-AA-induced upregulation of S100a9 combined with HIF-1α to prevent HIF-1α from entering the nucleus
体内实验
AAV9-S100a9-RNAi剂量(5×10^11 vg/小鼠)、注射途径(尾静脉)、主动免疫时间(12周)
阅读提示:Results: S100a9 knockdown significantly improved β1-AA-induced cardiac dysfunction and decreased autophagy in mice