CHCHD4升高协调线粒体氧化磷酸化以干扰低氧性肺动脉高压

Elevated CHCHD4 orchestrates mitochondrial oxidative phosphorylation to disturb hypoxic pulmonary hypertension.

作者信息Yu Wang, Zhenyu Zeng, Zhaoxiang Zeng, Guojun Chu, Xinghua Shan
PMID37438854
发布时间2023-07-12
DOI10.1186/s12967-023-04268-3

实验完整度

高

包含动物模型(低氧PAH大鼠)及体外细胞实验(PASMCs),并进行了功能验证(过表达/敲低)和机制验证(RNA-seq、免疫共沉淀、SAM50敲低回补)。

主要模型

低氧诱导的PAH大鼠模型 大鼠原代肺动脉平滑肌细胞(PASMCs) HEK293细胞(用于外源蛋白互作验证)

重点核对

CHCHD4在低氧PASMCs和PAH大鼠肺组织中的表达下调 AAV1-CHCHD4气管内注射的过表达效率及对RVSP和RV/(LV+S)的影响 低氧条件下PASMCs增殖和迁移能力的改变及CHCHD4过表达或敲低的影响 CHCHD4与SAM50的直接相互作用(通过免疫共沉淀和免疫荧光共定位) SAM50敲低对CHCHD4过表达引起的线粒体形态、融合分裂蛋白表达及细胞增殖迁移的影响

摘要

肺动脉高压(PAH)是一种高度流行的心肺疾病,其特征在于血管重塑和肺动脉阻力增加。线粒体卷曲螺旋-螺旋-卷曲螺旋-螺旋结构域(CHCHD)蛋白具有多种重要的病理生理作用。然而,CHCHD蛋白在低氧性PAH中的功能作用仍不明确。在此,我们旨在研究CHCHD4在低氧性PAH中的作用,并为PAH发展的机制提供新的见解。方法:使用携带Chchd4的1型腺相关病毒载体(AAV)气管内注射,在Sprague Dawley(SD)大鼠中过表达CHCHD4。常氧组动物饲养于21% O2。低氧组饲养于10% O2,每天8小时,连续4周。在PAH中研究血流动力学和组织学特征。使用大鼠原代肺动脉平滑肌细胞(PASMCs)评估CHCHD4如何影响增殖和迁移。结果:我们发现CHCHD4在低氧PASMCs和低氧PAH大鼠的肺组织中显著下调。AAV1诱导的CHCHD4升高显著减轻血管重塑和肺动脉阻力,并协调PASMCs中的线粒体氧化磷酸化。此外,我们发现CHCHD4的过表达阻碍了PASMCs的增殖和迁移。机制上,通过肺组织bulk RNA测序(RNA-seq),我们进一步发现CHCHD4通过直接与SAM50(线粒体外膜表面的桶状蛋白)相互作用来调节线粒体动力学。此外,敲低SAM50逆转了CHCHD4过表达在分离的PASMCs中的生物学效应。结论:总的来说,我们的数据表明,CHCHD4升高协调线粒体氧化磷酸化,并拮抗异常的PASMC细胞生长和迁移,从而干扰低氧性PAH,这可能作为PAH治疗的一个有前景的靶点。

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
CHCHD4在低氧性肺动脉高压(PAH)中的功能作用及其分子机制是什么?
核心机制
CHCHD4通过直接与SAM50相互作用,调节线粒体动力学(上调Opa1和Mfn1,抑制Drp1),改善线粒体氧化磷酸化,从而抑制PASMCs的异常增殖和迁移。
主要证据
在低氧PAH大鼠模型中,AAV1介导的CHCHD4过表达减轻了血管重塑和肺动脉阻力,降低了RVSP和RV/(LV+S);在PASMCs中,CHCHD4过表达抑制增殖和迁移,而敲低SAM50逆转这些效应;免疫共沉淀和共定位实验证实CHCHD4与SAM50直接结合。
研究意义
CHCHD4可能是PAH治疗的一个有前景的靶点,为靶向线粒体动力学治疗PAH提供了新思路。

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

低氧PAH模型建立及表型验证

建立低氧诱导的PAH大鼠模型,验证模型成功并评估CHCHD4的表达变化。

将SD大鼠置于10% O2(低氧组)或21% O2(常氧组)8小时/天,连续4周;通过右心导管测量RVSP,计算RV/(LV+S),HE染色评估肺血管重塑。

2

CHCHD4过表达对PAH的体内干预

验证CHCHD4过表达是否能减轻低氧诱导的PAH。

通过气管内注射AAV1-CHCHD4或AAV-CTR(对照组)过表达CHCHD4,然后进行低氧或常氧暴露,检测RVSP、RV/(LV+S)、肺血管重塑和PASMC增殖(Ki67染色)。

3

CHCHD4对PASMCs增殖和迁移的体外功能验证

评估CHCHD4过表达或敲低对低氧条件下PASMCs增殖和迁移的影响。

使用慢病毒载体过表达CHCHD4或siRNA敲低CHCHD4,在低氧(2% O2)或常氧条件下培养,通过CCK-8、划痕实验和Transwell实验检测细胞活力和迁移。

4

CHCHD4对线粒体形态和功能的影响

探究CHCHD4是否改善低氧诱导的线粒体功能障碍。

检测肺组织和PASMCs中的ATP含量、线粒体形态(TEM和MitoTracker染色),并评估线粒体耗氧率(OCR)和细胞外酸化率(ECAR)。

5

转录组测序及下游机制探索

鉴定CHCHD4过表达后恢复的基因,并探索其与SAM50的相互作用。

对肺组织进行RNA-seq,筛选在低氧下下调且CHCHD4过表达后恢复的基因;通过免疫共沉淀和免疫荧光验证CHCHD4与SAM50的相互作用。

6

SAM50敲低对CHCHD4保护作用的挽救实验

验证SAM50是否是CHCHD4功能所必需的。

在PASMCs中敲低SAM50,联合CHCHD4过表达,检测线粒体形态、融合/分裂蛋白表达及细胞增殖和迁移。

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CHCHD4抗体Proteintech21090-1-AP
抗β-肌动蛋白抗体Proteintech81115-1-RR
抗α-平滑肌肌动蛋白抗体CST19245S
抗柠檬酸合酶抗体Abcamab129095
抗波形蛋白抗体Abcamab92547
抗增殖细胞核抗原抗体Santa Cruzsc-56
抗Ki67抗体Abcamab15580
抗Opa1抗体Santa Cruzsc-393296
抗Drp1抗体Santa Cruzsc-271583
抗Mfn1抗体Santa Cruzsc-166644
抗SAM50抗体Abcamab246987
抗DYKDDDDK标签抗体CST14793
抗HA标签抗体CST3724
1型腺相关病毒载体CHCHD4----
DMEM-F12培养基----
胎牛血清----
Alexa Fluor™ 568荧光染料InvitrogenA-11011
Alexa Fluor™ 488荧光染料InvitrogenA-11001
含DAPI的荧光封片剂InvitrogenD21490
MitoTracker线粒体染料----
lipo6000™转染试剂----
寡霉素----
鱼藤酮----
葡萄糖----
2-脱氧葡萄糖----
ATP检测试剂盒BeyotimeS0026
Epon812树脂----
PVDF膜----
ECL化学发光试剂----
TRIzol试剂Invitrogen--
Light Cycler 480 SYBR Green预混液----
CCK-8检测试剂盒Dojindo--
结晶紫----

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
大鼠品系、性别、体重和年龄;低氧浓度和暴露时间;AAV1-CHCHD4的滴度和注射体积;分组及样本量。
阅读提示:参见Materials and methods中Animals and treatment部分及Figure legends。
细胞实验
PASMCs的来源和培养条件;低氧处理条件(O2浓度和时间);慢病毒或siRNA转染浓度和时间;CCK-8、划痕和Transwell实验的具体参数。
阅读提示:参见Materials and methods中Cell culture and treatment、Lentivirus transduction and siRNA transfections、Transwell assays、Wound healing analysis部分。
线粒体功能检测
Seahorse实验中使用的药物浓度(Oligomycin、FCCP、Rotenone/Antimycin A);ATP检测试剂盒品牌和货号;MitoTracker染色浓度。
阅读提示:参见Materials and methods中Seahorse experiment、Assessment of ATP content部分。
机制验证
免疫共沉淀使用的抗体和珠子;RNA-seq分析标准(差异基因筛选阈值);SAM50和CHCHD4 siRNA序列。
阅读提示:参见Materials and methods中RNA-sequencing analysis、Western blotting部分及Additional file。