靶向同型半胱氨酸的化合物通过抑制组蛋白甲基转移酶SET7/9作为糖尿病伤口治疗的新策略

Homocysteine-targeting compounds as a new treatment strategy for diabetic wounds via inhibition of the histone methyltransferase SET7/9.

作者信息Guodong Li, Dan Li, Chun Wu, Shengnan Li, Feng Chen, Peng Li, Chung-Nga Ko, Wanhe Wang, Simon Ming-Yuen Lee, Ligen Lin, Dik-Lung Ma, Chung-Hang Leung
PMID35859119
发布时间2022-07
DOI10.1038/s12276-022-00804-1

实验完整度

包含体外FP、CETSA、ITC、BLI、FTS、co-IP、细胞功能实验、斑马鱼血管生成模型及小鼠体内伤口愈合实验等多个独立证据层级,且明确验证了功能与机制。

主要模型

人脐静脉内皮细胞(HUVECs) 斑马鱼胚胎血管生成模型 2型糖尿病小鼠模型(HFD+STZ诱导)

重点核对

Set7_1a与Hcy预孵育对SET7/9活性的影响 Set7_1a抑制HIF-1α赖氨酸32位点甲基化 HIF-1α靶基因表达(VEGF、GLUT1、EPO) 体内伤口愈合实验中小鼠分组、给药剂量(50 mg/kg)及干预时间(8天)

摘要

在缺氧和高血糖条件下,SET7/9在控制HIF-1α甲基化和调节HIF-1α靶基因转录中发挥重要作用,这些基因负责血管生成和伤口愈合。在此,我们报道了带有乙腈(ACN)配体的Ir(III)配合物Set7_1a作为SET7/9甲基转移酶抑制剂和HIF-1α稳定剂。有趣的是,Set7_1a能与SET7/9结合并强烈抑制SET7/9活性,尤其是在与同型半胱氨酸(Hcy)预孵育后,Hcy在糖尿病中升高。我们假设Set7_1a用Hcy交换ACN亚基,以破坏SET7/9与SAM/SAH之间的相互作用,后者在结构上与Hcy相关。Set7_1a抑制SET7/9甲基转移酶活性导致HIF-1α在赖氨酸32位点的甲基化减少,从而在缺氧和高血糖条件下引起HIF-1α水平增加并招募HIF-1α靶基因,促进血管生成,如VEGF、GLUT1和EPO。重要的是,Set7_1a通过激活HIF-1α信号通路和下游促血管生成因子,改善了2型糖尿病小鼠模型的伤口愈合。据我们所知,这是第一个靶向同型半胱氨酸的铱化合物被证明是SET7/9拮抗剂,可加速糖尿病伤口愈合。更重要的是,这项研究为通过抑制SET7/9赖氨酸甲基转移酶活性治疗糖尿病伤口开辟了一条治疗途径。

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
研究旨在探索一种新的治疗糖尿病伤口的策略,通过靶向同型半胱氨酸的化合物抑制SET7/9甲基转移酶活性,从而稳定HIF-1α并促进血管生成。
核心机制
Set7_1a与Hcy发生配体交换,形成apo-Set7_1a-Hcy复合物,破坏SET7/9与SAM/SAH的相互作用,抑制SET7/9介导的HIF-1α赖氨酸32位点甲基化,减少HIF-1α降解,增加HIF-1α水平并转录上调促血管生成靶基因。
主要证据
体外FP、CETSA、ITC、BLI、FTS、co-IP等生化实验证明Set7_1a与SET7/9结合并抑制其活性;细胞实验显示HIF-1α积累和靶基因表达增加;斑马鱼模型显示促血管生成作用;2型糖尿病小鼠模型显示伤口愈合加速。
研究意义
研究首次证明靶向同型半胱氨酸的铱配合物可作为SET7/9拮抗剂加速糖尿病伤口愈合,为通过抑制SET7/9赖氨酸甲基转移酶活性治疗糖尿病伤口开辟了新的治疗途径。

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

筛选和鉴定SET7/9抑制剂

评估金属配合物库与SET7/9 SAM结合位点的结合能力,并选择最优化合物。

使用荧光偏振(FP)法检测18种环金属化Ir(III)/Rh(III)配合物对SET7/9 SAM结合位点探针的置换能力,然后合成含有ACN配体的聚焦库(Set7_1a-1e),并测定Set7_1a的IC50。

2

验证Set7_1a结合SET7/9

确认Set7_1a在细胞内和体外与SET7/9的直接结合和选择性。

使用细胞热位移分析(CETSA)、荧光热位移分析(FTS)、等温滴定量热法(ITC)和生物层干涉法(BLI)评估Set7_1a与SET7/9的相互作用。

3

验证Hcy增强Set7_1a活性

研究Hcy与Set7_1a的相互作用及其对SET7/9活性的影响。

通过质谱分析Set7_1a与Hcy的加合物,并用FP法评估Hcy预孵育对SAM-SET7/9相互作用的增强效果。

4

细胞水平验证HIF-1α稳定化

确定Set7_1a是否能通过SET7/9依赖机制稳定HIF-1α。

在高糖诱导的HUVECs中,通过siRNA敲低SET7/9,然后用Set7_1a处理,检测HIF-1α水平。

5

验证HIF-1α甲基化抑制

检验Set7_1a是否抑制SET7/9介导的HIF-1α赖氨酸甲基化。

用co-IP和免疫印迹检测HIF-1α甲基化水平,并使用合成的HIF-1α肽段(WT和K32R突变体)进行体外甲基化实验。

6

评估促血管生成效应

验证Set7_1a在细胞和体内是否能促进血管生成。

使用双荧光素酶报告基因检测HRE活性,ELISA和Western blot检测VEGF、EPO、GLUT1,划痕实验检测细胞迁移,斑马鱼胚胎血管生成实验检测体内血管生成。

7

体内伤口愈合实验

评估Set7_1a在2型糖尿病小鼠模型中的伤口愈合效果。

建立HFD+STZ诱导的2型糖尿病小鼠模型,制造全层皮肤伤口,腹腔注射Set7_1a(50 mg/kg)或Vehicle,每两天一次,持续8天,监测伤口闭合率,并进行组织学染色、CD31免疫染色和基因表达分析。

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
SET7/9多克隆兔抗体Novus BiologicalsNBP2-99744
HIF-1α抗体Novus BiologicalsNB100-479
VEGF抗体Novus BiologicalsNB100-664
VHL抗体GeneTexGTX101087
PHD2抗体Bethyl Laboratories, Inc.A300-322A
VEGF ELISA试剂盒NeoBioscienceEHC108
SET7/9 SAM-ScreenerTM分析试剂盒----
384孔固相板Cayman Chemicals400093
SpectraMax M5微孔板读板机----
ECL Western印迹检测试剂GE Healthcare--
倒置显微镜Nikon--
高脂饮食Trophic Animal Feed High-Tech Co.--
链脲佐菌素(STZ)Sigma-Aldrich--
One-Touch Ultra血糖仪Lifescan--
铱标准溶液Sigma-Aldrich--
激光多普勒成像仪(PeriCam PSI系统)Perimed--

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
荧光偏振(FP)分析
SET7/9酶浓度、探针浓度、Set7_1a浓度系列、孵育时间
阅读提示:Materials and methods - Fluorescence polarization
细胞培养与处理
HUVECs培养条件、高糖浓度、缺氧条件、Set7_1a处理浓度和时间
阅读提示:Results - Set7_1a upregulates HIF-1α target protein expression and promotes angiogenesis in cellulo and in vivo 及 Materials and methods
SET7/9敲低实验
siRNA序列、转染方法、敲低效率验证
阅读提示:Materials and methods - Coimmunoprecipitation 和 Results - Set7_1a inhibits SET7/9-mediated HIF-1α lysine methylation at the lysine-32 residue
动物模型建立
C57BL/6J小鼠年龄、性别、HFD喂养时间、STZ注射剂量和频率、血糖判定标准
阅读提示:Materials and methods - Animal experiments
伤口愈合实验
伤口大小、数量、腹腔注射剂量(50 mg/kg)、频率、监测时间点、伤口闭合率计算方法
阅读提示:Materials and methods - Animal experiments 和 Results - Set7_1a accelerates wound healing in mimic type 2 diabetic mice