Site-1蛋白酶通过介导LC3转录调控破骨细胞生成

Site-1 protease controls osteoclastogenesis by mediating LC3 transcription.

作者信息Zeyu Zheng, Xuyang Zhang, Bao Huang, Junhui Liu, Xiaoan Wei, Zhi Shan, Hao Wu, Zhenhua Feng, Yilei Chen, Shunwu Fan, Fengdong Zhao, Jian Chen
PMID33469231
发布时间2021-06
DOI10.1038/s41418-020-00731-6

实验完整度

包含体外破骨细胞分化实验、体内基因敲除小鼠模型(LysM-Cre和CTSK-Cre)、OVX和LPS诱导的骨丢失模型,以及机制验证(Co-IP、分子对接、ChIP、荧光素酶报告基因)。

主要模型

小鼠骨髓单核细胞(BMMs) 人外周血单核细胞(PBMs) LysM-Cre-S1Pf/f小鼠 CTSK-Cre-S1Pf/f小鼠

重点核对

S1P缺失(LysM-Cre-S1Pf/f和CTSK-Cre-S1Pf/f)对骨量(BV/TV、Tb.N、Tb.Sp、Tb.Th)的影响 miR-9-5p对S1P的直接靶向调控(双荧光素酶报告基因) S1P缺失对ATF6/SREBP2成熟及LC3表达和自噬流的影响 S1P抑制剂PF429242对OVX和LPS诱导骨丢失的保护作用

摘要

Site-1蛋白酶(S1P)是一种位于高尔基体的蛋白质,可激活独特的膜结合潜伏转录因子,在内质网应激、脂质代谢、炎症反应和溶酶体功能中发挥不可或缺的作用。一名S1P突变患者表现出严重的骨骼发育不良,伴有脊柱后侧凸、面部畸形和鸡胸。然而,S1P是否通过影响破骨细胞生成来调节骨重塑仍不清楚。在此,我们表明S1P确实是破骨细胞生成的正调控因子。与野生型同窝小鼠相比,小鼠中S1P缺失导致明显的骨质硬化。机制上,S1P在破骨细胞生成过程中表达上调,并被确定为miR-9-5p的直接靶标。骨髓单核细胞(BMMs)中S1P缺失抑制了ATF6和SREBP2的成熟,进而阻碍了CHOP/SREBP2复合物诱导的LC3表达和自噬流。一致地,LC3腺病毒转染明显挽救了S1P缺陷BMMs中的破骨细胞生成。然后我们通过免疫共沉淀(Co-IP)和分子对接确定了CHOP和SREBP2之间的相互作用区域。此外,S1P缺失或抑制剂有效挽救了去卵巢(OVX)和LPS诱导的体内骨丢失。总之,我们表明S1P以LC3依赖性方式调节破骨细胞分化,因此是骨质疏松症的潜在治疗靶点。

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
S1P是否以及如何调控破骨细胞生成和骨重塑?
核心机制
S1P通过miR-9-5p调控,经ATF6/CHOP和SREBP2通路促进LC3转录,进而增强自噬流和破骨细胞生成。
主要证据
S1P缺失抑制破骨细胞生成并导致骨质硬化;LC3过表达挽救S1P缺陷的破骨细胞生成;PF429242缓解OVX和LPS诱导的骨丢失。
研究意义
S1P是骨质疏松症的潜在治疗靶点。

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

体外破骨细胞分化模型建立

验证S1P在破骨细胞生成中的表达和功能

从小鼠骨髓和人外周血分离单核细胞,经M-CSF和RANKL诱导分化为破骨细胞,检测S1P表达、TRAP染色及骨吸收功能。

2

体内S1P条件性敲除小鼠模型

评估S1P缺失对骨量和破骨细胞生成的影响

构建LysM-Cre-S1Pf/f和CTSK-Cre-S1Pf/f小鼠,通过micro-CT、TRAP染色和组织形态计量分析评估骨量和破骨细胞参数。

3

miR-9-5p调控S1P机制验证

确定S1P表达上调是否由miR-9-5p直接调控

预测并筛选S1P靶向miRNA,用miR-9-5p mimic和inhibitor处理BMMs,双荧光素酶报告基因验证直接结合。

4

S1P调控LC3转录的机制研究

阐明S1P下游ATF6/CHOP和SREBP2通路对LC3转录的调控

检测S1P缺失对ATF6/CHOP和SREBP2成熟及LC3表达的影响,通过ChIP、荧光素酶报告基因和过表达/敲低实验验证转录调控。

5

CHOP与SREBP2相互作用验证

确认CHOP和SREBP2形成复合物协同调控LC3转录

通过免疫共沉淀和分子对接确定CHOP与SREBP2的相互作用区域。

6

体内S1P抑制剂的治疗效果评估

评估S1P抑制剂PF429242对OVX和LPS诱导骨丢失的治疗效果

在OVX和LPS诱导的骨溶解模型中,给予PF429242,通过micro-CT和组织学分析评估骨量。

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
PF429242MCEHY-13447A
FatostatinMCEHY-14452
α-MEM培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
重组小鼠M-CSFNovoproteinCB34
重组小鼠RANKLR&D462-TEC
重组人M-CSFNovoproteinC417
重组人RANKLR&D390-TN-010
TRAP染色试剂盒Sigma-Aldrich387A-1KT
小鼠PINP ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0233c
小鼠CTX I ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0366c
Ficoll分离液SolarbioP9011
羟磷灰石包被板Corning Inc.3989
CCK-8试剂APExBIOK1018
PE Annexin V凋亡检测试剂盒BD Biosciences--
Lipofectamine™ 3000转染试剂Invitrogen2078159
RIPA裂解液Solarbio--
100×磷酸酶抑制剂混合物CWBIO--
蛋白酶抑制剂混合物Millipore--
Amersham Imager 600GE--
S1P兔多克隆抗体ABclonalA16243
NFATC1小鼠单克隆抗体Santa Cruzsc-7294
ATF6小鼠单克隆抗体Santa Cruzsc-166659
CHOP兔多克隆抗体HUABIOET1703-05
PERK兔单克隆抗体Abcamab229912
BiP兔单克隆抗体Cell Signaling Technology3177
XBP-1小鼠单克隆抗体Santa Cruzsc-8015
ATF4兔单克隆抗体HUABIOET1612-37
LC3兔多克隆抗体Cell Signaling Technology2775
SQSTM1兔单克隆抗体Cell Signaling Technology39749
SREBP2兔多克隆抗体Abcamab30682
S2P兔多克隆抗体BioworldBS61210
GAPDH小鼠单克隆抗体ABclonalAC002
EDEM1兔多克隆抗体HUABIOER60701
CANX兔多克隆抗体HUABIOER1803-43
ERN1小鼠单克隆抗体Santa CruzSC-390960
DNAJB9兔多克隆抗体ABclonalA7494
超纯RNA提取试剂盒CWBIOCW0581
HiFiScript cDNA合成试剂盒CWBIOCW2569
UltraSYBR混合物CWBIOCW0957
Mir-X miRNA第一链合成试剂盒TAKARA638315
ChIP检测试剂盒Cell Signaling Technology9002
双荧光素酶报告基因检测试剂盒Beyotime--
鬼笔环肽Servicebio--
LC3一抗HUABIORT1359
SREBP2一抗Santa Cruzsc-13552
CHOP一抗ABclonalA0221
山羊抗兔IgG H&L(Alexa Fluor 488)Abcamab150077
山羊抗小鼠IgG H&L(Alexa Fluor 488)Abcamab150113
共聚焦显微镜(Nikon Eclipse Ti日本)Nikon--
抗Flag抗体Cell Signaling Technology14793
抗Myc抗体HUABIOEM31105
脂多糖Sigma-AldrichL2880
鸡II型胶原溶液Chondrex20011
完全弗氏佐剂Chondrex7001
不完全弗氏佐剂Chondrex7002

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
破骨细胞分化
BMMs分离来源(C57BL/6小鼠),M-CSF浓度(25 ng/ml),RANKL浓度(50 ng/ml),诱导时间(5天)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and osteoclasts differentiation
S1P条件性敲除小鼠
小鼠品系(LysM-Cre-S1Pf/f和CTSK-Cre-S1Pf/f),年龄(3个月)
阅读提示:Materials and methods: Mice; Results: Conditional knockout of S1P causes osteosclerosis in mice
OVX模型
小鼠品系(12周龄雌性C57BL/6),手术方式(OVX或sham),药物(PF429242, 3 mg/kg,每周两次,持续2个月)
阅读提示:Materials and methods: Ovariectomy (OVX)-induced osteoporosis model
LPS诱导骨溶解模型
小鼠品系(12周龄雄性C57BL/6),LPS剂量(25 mg/kg,皮下注射),PF429242剂量(3 mg/kg,每两天一次,持续2周)
阅读提示:Materials and methods: LPS-induced calvarial osteolysis model
分子机制实验
细胞系(HEK293T、HEK293),转染试剂(Lipofectamine 3000),RANKL处理时间(ChIP中3天),抗体使用(anti-Flag、anti-Myc)
阅读提示:Materials and methods: siRNAs transfection, Chromatin immunoprecipitation (ChIP), Co-immunoprecipitation (IP) assay