子宫内胚泡的存在通过上调溶酶体蛋白稳态活性促进腔上皮转化以利于着床

The presence of blastocyst within the uteri facilitates lumenal epithelium transformation for implantation via upregulating lysosome proteostasis activity.

作者信息Peike Wang, Shuailin Du, Chuanhui Guo, Zhangli Ni, Ziying Huang, Na Deng, Haili Bao, Wenbo Deng, Jinhua Lu, Shuangbo Kong, Hua Zhang, Haibin Wang
PMID37584546
期刊Autophagy
发布时间2024-01
DOI10.1080/15548627.2023.2247747

实验完整度

包含RNA-seq转录组、溶酶体形态与功能分析、STAT3抑制剂和Igf1r敲除小鼠、V-ATPase抑制剂处理、蛋白质组学、体外类器官等多层级实验验证。

主要模型

小鼠子宫腔上皮细胞 小鼠妊娠模型 小鼠假孕模型 子宫上皮类器官 Igf1r条件敲除小鼠

重点核对

D4 10:00和17:00时间点的腔上皮LCM分离 胎仔数与假孕对照 STAT3抑制剂HO-3867处理 Igf1r条件敲除 Baf A1剂量2.5 μg/kg子宫脂肪垫注射

摘要

哺乳动物的子宫内膜被腔上皮覆盖,腔上皮直接与胚泡相互作用,并在着床期间胚胎与接受态子宫之间建立相互交流中发挥重要作用。然而,胚泡在接受窗口期对子宫分化的影响远未被充分理解。通过激光捕获显微切割(LCM)分离子宫腔上皮并进行转录组分析,发现与没有胚胎的假孕小鼠相比,有胚胎的孕鼠腔上皮发生了全局基因表达变化。一些差异表达基因,包括孕鼠中上调的Areg(双调蛋白)、Ihh(印度刺猬因子)、Lifr(白血病抑制因子受体)和下调的Msx1(msh同源框1)、Pgr(孕激素受体)、Gata2(GATA结合蛋白2),已被报道参与调控子宫接受态的建立。此外,我们发现胚泡诱导了腔上皮中溶酶体数量和酸化的增加,这与溶酶体水解酶活性的增强一致。进一步探索发现,胚泡来源的IGF2参与激活上皮STAT3以诱导溶酶体水解酶表达,而抑制溶酶体功能会破坏子宫接受态标志基因的表达和胚胎着床。最后,基于上皮和分离的溶酶体的蛋白质组学数据,揭示了CLDN1(claudin 1)和MUC1(黏蛋白1,跨膜)这两个已知的成功着床所需下调的分子,被上皮溶酶体降解。总之,我们的数据表明,胚泡诱导正常上皮分化并伴随溶酶体激活,以促进子宫上皮分化,从而有利于胚胎着床。

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
胚泡在着床前窗口期如何影响子宫腔上皮分化,以及其分子机制是什么?
核心机制
胚泡来源的IGF2通过IGF1R激活上皮STAT3,上调溶酶体水解酶表达,增强溶酶体蛋白降解活性,从而降解CLDN1和MUC1,促进上皮分化并利于胚胎着床。
主要证据
基于LCM的RNA-seq显示胚泡诱导腔上皮基因表达变化;免疫染色和Western blot证实溶酶体数量、酸化和水解酶活性增加;STAT3抑制剂和Igf1r敲除小鼠证实IGF2-STAT3-溶酶体通路;Baf A1抑制溶酶体功能导致着床失败和CLDN1/MUC1降解受阻;蛋白质组学鉴定CLDN1和MUC1为溶酶体底物。
研究意义
研究揭示了胚泡通过溶酶体蛋白降解途径调控子宫上皮分化的新机制,为理解胚胎着床的分子基础提供了重要资源,可能为人类生育力改善提供新思路。

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

收集腔上皮并进行转录组分析

比较具有或不具有胚泡的子宫腔上皮在D4 10:00和17:00的基因表达差异,以评估胚泡对腔上皮分化的影响。

通过LCM从孕鼠和假孕鼠D4 10:00和17:00的子宫收集腔上皮,提取RNA并进行RNA-seq。

2

验证差异表达基因及溶酶体相关基因

确认RNA-seq结果并验证胚泡对溶酶体相关基因表达的影响。

通过原位杂交和qPCR验证选定基因(Areg、Ihh、Lifr、Msx1、Pgr、Gata2)以及溶酶体相关基因(Atp6v0a4、Lgmn、Ctsb)的表达。

3

检测溶酶体形态、酸化和活性

评估胚泡是否诱导腔上皮溶酶体数量、酸化和酶活性的变化。

使用透射电子显微镜观察溶酶体数量;使用LysoSensor Green DND-189染色检测酸化;通过Western blot检测LAMP1、CTSB和LGMN蛋白水平。

4

探究STAT3对溶酶体水解酶表达的调控

确定STAT3是否在腔上皮中调控溶酶体水解酶的表达。

使用STAT3抑制剂HO-3867处理孕鼠,通过ISH、qPCR和Western blot检测Atp6v0a4、Lgmn、Ctsb的表达和蛋白水平。

5

验证胚泡来源的IGF2通过STAT3诱导溶酶体水解酶表达

验证胚泡产生的IGF2是否通过IGF1R-STAT3信号通路诱导溶酶体水解酶表达。

在假孕小鼠子宫内转移IGF2包被的珠子,检测STAT3磷酸化和溶酶体基因表达;使用Igf1r条件敲除小鼠验证IGF1R的必要性;在类器官中用重组IGF2处理。

6

抑制溶酶体功能并观察着床结果

评估溶酶体功能的必要性,特别是通过V-ATPase抑制剂Baf A1抑制酸化对着床的影响。

通过子宫脂肪垫注射Baf A1 (2.5 μg/kg),检测子宫酸化和着床位点,并分析接受态标志基因表达。

7

鉴定溶酶体降解底物

确定溶酶体降解哪些关键蛋白以促进上皮分化。

通过裂解液分离溶酶体并进行蛋白质组学,结合全上皮蛋白质组数据,分析差异蛋白;通过免疫荧光和Western blot验证CLDN1和MUC1的降解。

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
Leica LMD7Leica Microsystems--
RNeasy Micro试剂盒Qiagen74004
胰蛋白酶SigmaT8003
杜氏磷酸盐缓冲液SigmaD8537
TRIzol试剂Invitrogen15596018
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
SYBR GreenTakaraRR820B
PrimeScript RT试剂盒TakaraRRO36A
抗PTGS2抗体Cell Signaling Technology12282
抗p-STAT3抗体Cell Signaling Technology9145
抗MUC1抗体AbcamAb15481
DAPIBeyotimeC1002
HRP标记二抗NeoBioscienceANR02-2
DAB溶液Zsgb-bioZLI-9018
Mayer苏木素Absinabs9214
抗LAMP1抗体AbcamAb25245
抗CLDN1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-81796
Cy2标记山羊抗兔IgGJackson ImmunoResearch111-225-144
Cy3标记驴抗大鼠IgGJackson ImmunoResearch712-165-153
BCIP/NBTBeyotime BiotechnologyC3206
核固红溶液SolarbioG1321
抗CTSB抗体ABclonalA0967
抗LGMN抗体ABclonalA6829
抗ACTB抗体ABclonalAC006
超薄切片机Leica EMUC7--
透射电子显微镜JEM-2100HC--
LysoSensor Green DND-189YEASEN40767ES50
DMEM-F12培养基Gibco11039-021
巴弗洛霉素A1MedChemExpressHY-100558
孕酮Sigma--
17β-雌二醇----
Affi-Gel Blue GelBio-Rad153-7302
IGF2重组蛋白R&D systems792
牛血清白蛋白SigmaV900933
溶酶体分离试剂盒Sigma-AldrichLYSISO1
蛋白酶抑制剂混合物Sigma-AldrichP8304
OptiPrepSigma-AldrichO4889
蔗糖Sigma-AldrichS4189
分散酶Gibco17105
MatrigelBD Bioscience354234
Prism 7GraphPad Software--

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
样本收集
腔上皮分离方法(LCM或酶消化),时间点(D4 10:00/17:00),小鼠品系和数量
阅读提示:Methods: Laser capture microdissection, Isolation of mouse uterine epithelial cells
基因表达分析
qPCR引物序列,内参基因(Gapdh),ISH探针序列
阅读提示:Methods: qPCR analysis, In situ hybridization, 补充表格S1和S2
溶酶体检测
LysoSensor Green DND-189浓度(1 µM),孵育时间,TEM样品制备条件
阅读提示:Methods: LysoSensor Green DND-189 staining, Transmission electron microscopy
STAT3抑制
STAT3抑制剂HO-3867的剂量、给药途径和时间
阅读提示:Results: STAT3 regulated the lysosomal hydrolase expression in uterine lumenal epithelia, Figure 3
IGF2处理
IGF2重组蛋白浓度(100 ng/µl),珠子规格(Affi-Gel Blue Gel),转移时间
阅读提示:Methods: Beads transfer into the pseudopregnant mice
Igf1r敲除模型
小鼠品系(Igf1rf/f与PRCre/+杂交),确认敲除效率
阅读提示:Methods: Mice
Baf A1处理
Baf A1剂量(2.5 μg/kg),给药途径(子宫脂肪垫注射),时间点(D3 18:00)
阅读提示:Methods: Uterine fat pad injection
着床检测
芝加哥蓝染色方法,着床位点计数时间(D5)
阅读提示:Methods: Pregnancy and pseudopregnancy
蛋白质组学
溶酶体分离纯度,LC-MS/MS参数
阅读提示:Methods: Lysosomal fractionation, Qualitative and quantitative proteomics
类器官培养
Matrigel浓度(70%),激素处理剂量(E2 1 nM, P4 50 ng/ml),IGF2浓度(100 ng/ml)
阅读提示:Methods: Organoid cultures