OTUD5的自噬降解GPX4导致铁死亡依赖性肾损伤

Autophagy of OTUD5 destabilizes GPX4 to confer ferroptosis-dependent kidney injury.

作者信息Li-Kai Chu, Xu Cao, Lin Wan, Qiang Diao, Yu Zhu, Yu Kan, Li-Li Ye, Yi-Ming Mao, Xing-Qiang Dong, Qian-Wei Xiong, Ming-Cui Fu, Ting Zhang, Hui-Ting Zhou, Shi-Zhong Cai, Zhou-Rui Ma, Ssu-Wei Hsu, Reen Wu, Ching-Hsien Chen, Xiang-Ming Yan, Jun Liu
PMID38110369
发布时间2023-12-18
DOI10.1038/s41467-023-44228-5

实验完整度

高

包含scRNA-seq、空间转录组、体外H/R模型、肾小管特异性Otud5敲除小鼠及AAV过表达小鼠,并有功能与机制验证

主要模型

小鼠双侧肾缺血再灌注损伤模型 肾小管上皮细胞特异性Otud5敲除小鼠 HK2人近端肾小管上皮细胞系 小鼠原代肾小管细胞(PRTCs)

重点核对

小鼠I/R模型:肾蒂夹闭45 min后复灌48 h HK2细胞H/R处理:无氧无血清培养6 h后复氧复血清 PRTCs分离自小鼠肾内皮质,胶原酶IV消化40 min AAV8-Otud5静脉注射剂量3×10^11 copies/ml每只小鼠 Pax8Cre/Otud5fl/fl小鼠在I/R后48 h检测肾损伤和铁死亡指标

摘要

铁死亡是一种铁依赖性程序性细胞死亡,与严重肾脏疾病相关,并与谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)减少有关。然而,肾脏GPX4介导的铁死亡的空间分布以及缺血再灌注(I/R)期间导致GPX4减少的分子事件仍 largely 未知。利用空间转录组学,我们发现GPX4位于内皮质和外髓质交界处,这是I/R损伤后铁死亡活跃的部位。我们进一步发现OTU去泛素化酶5(OTUD5)作为GPX4结合蛋白,通过稳定GPX4赋予铁死亡抗性。在I/R期间,mTORC1介导的自噬诱导铁死亡,导致OTUD5降解和随后的GPX4衰减。在功能上,OTUD5缺失加剧肾小管细胞铁死亡并加重急性肾损伤,而AAV介导的OTUD5递送减轻铁死亡并促进I/R损伤后肾功能恢复。总体而言,本研究强调了一个新的自噬依赖性铁死亡模块:缺氧/缺血诱导的OTUD5自噬触发GPX4降解,为I/R相关肾脏疾病提供了潜在治疗途径。

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
I/R诱导的急性肾损伤中,GPX4介导的肾小管细胞铁死亡的空间分布及其下调的分子机制是什么?
核心机制
缺氧/缺血抑制mTORC1,激活自噬溶酶体途径降解OTUD5;OTUD5减少导致GPX4去泛素化能力下降,GPX4经泛素-蛋白酶体途径降解,从而诱发肾小管细胞铁死亡。
主要证据
空间转录组和scRNA-seq显示GPX4富集于内皮质-外髓质交界处且I/R后铁死亡信号上调;体外H/R和OTUD5敲低/过表达实验证实OTUD5通过去泛素化稳定GPX4;肾小管特异性Otud5敲除小鼠加重I/R肾损伤和铁死亡,AAV介导OTUD5过表达减轻损伤并改善肾功能。
研究意义
揭示了mTORC1/OTUD5/GPX4调控轴在肾小管细胞铁死亡中的作用,为I/R相关急性肾损伤提供了潜在治疗靶点。

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

建立小鼠I/R诱导AKI模型并解析空间转录组

明确I/R后肾脏损伤及铁死亡相关基因的空间分布。

对C57BL/6J小鼠行双侧肾蒂夹闭45 min再灌注48 h,取肾脏进行scRNA-seq和空间转录组分析。

2

验证GPX4在I/R后肾小管细胞中的下调及铁死亡

确认I/R诱导肾小管细胞铁死亡并伴随GPX4蛋白减少。

通过IHC检测4-HNE、TUNEL染色、免疫印迹检测GPX4,并在PRTCs和HK2细胞H/R模型中检测脂质过氧化和铁死亡。

3

鉴定OTUD5为GPX4结合蛋白并验证去泛素化稳定作用

确定OTUD5与GPX4的相互作用及其对GPX4稳定性的调控。

利用LC-MS/MS鉴定GPX4复合物,免疫共沉淀验证内源性相互作用,siRNA敲低和过表达WT或C224S OTUD5,检测GPX4泛素化和降解。

4

体内验证Otud5缺失对I/R肾损伤和铁死亡的影响

探究OTUD5在体内是否调控GPX4介导的铁死亡和肾功能。

构建Pax8Cre/Otud5fl/fl小鼠,行I/R手术,检测GPX4、4-HNE、TUNEL、肾功能指标和炎症基因。

5

验证OTUD5通过GPX4保护肾小管细胞抵抗H/R诱导的铁死亡

确认OTUD5的保护作用依赖于GPX4。

在HK2细胞中敲低或过表达OTUD5,使用GPX4抑制剂RSL3,检测铁死亡、细胞活力和GSH/GSSG。

6

揭示缺氧通过自噬溶酶体途径降解OTUD5

阐明H/R后OTUD5减少的机制。

RNA-seq分析H/R后PRTCs通路变化,TEM观察自噬体,使用自噬抑制剂3-MA、CQ,siATG5敲低,免疫荧光和IP检测LC3与OTUD5共定位及相互作用。

7

验证mTORC1抑制介导缺氧诱导的OTUD5自噬降解

确定mTORC1在调控OTUD5自噬中的作用。

检测H/R后mTORC1活性变化,使用mTORC1激活剂MHY1485和抑制剂rapamycin,siTSC1敲低,检测OTUD5、GPX4、自噬和铁死亡。

8

评估AAV介导OTUD5过表达对I/R肾损伤的治疗效果

探究OTUD5过表达能否减轻I/R诱导的AKI。

静脉注射AAV8-Otud5,48 h后行I/R手术,再48 h后检测肾功能、组织损伤、铁死亡和炎症指标。

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
DMEM/F12培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
青霉素/链霉素Thermo Fisher Scientific--
IV型胶原酶Sigma-Aldrich--
CCK8试剂Sigma Aldrich96992
RIPA裂解液SolarbioR0010
蛋白酶和磷酸酶抑制剂混合物Roche04693116001
PVDF膜MilliporeR1SB07718
增强化学发光Thermo Fisher Scientific32209
蛋白A/G琼脂糖珠Sant Cruz Biotechnology--
BODIPY 581/591 C11----
7-AAD----
染色缓冲液BioLegend420201
LiperfluoDojindoL248
Trizol试剂Invitrogen--
High-Capacity cDNA逆转录试剂盒Applied Biosystems4368814
qPCR SYBR Green Master MixTakara--
考马斯亮蓝BeyotimeST030
Lipofectamine 3000Invitrogen--
pcDNA3.1(+)/myc-His A载体InvitrogenV80020
多组织解离试剂盒Miltenyi Biotec130-110-204
死细胞去除试剂盒Miltenyi Biotec130-090-101
Visium组织优化载玻片10X GenomicsPN-1000193
Visium空间基因表达载玻片10X GenomicsPN-1000184
Visium空间文库构建试剂盒10X GenomicsPN-1000184

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
小鼠I/R模型
小鼠品系、年龄、麻醉剂及剂量、肾蒂夹闭时间、再灌注时间、样本量
阅读提示:Methods 'Mice and mouse model of Ischemia/reperfusion (I/R)-induced AKI'
HK2细胞H/R处理
缺氧时间、无血清条件、复氧复血清时间、H/R chamber型号
阅读提示:Methods 'Cell culture, H/R induction ex vivo, and cell viability detection'
PRTCs分离与培养
小鼠性别、取材部位、胶原酶IV浓度和消化时间、筛网孔径
阅读提示:Methods 'Cell culture, H/R induction ex vivo, and cell viability detection'
AAV介导OTUD5过表达
AAV血清型、注射剂量、注射途径、注射后时间、I/R手术时间
阅读提示:Methods 'AAV preparation and gene delivery'及Fig. 7a
Pax8Cre/Otud5fl/fl小鼠构建
floxed exon、Cre插入位点、对照小鼠基因型、年龄
阅读提示:Methods 'Mice and mouse model of Ischemia/reperfusion (I/R)-induced AKI'及Fig. 3a
铁死亡检测
BODIPY 581/591 C11和7-AAD浓度、染色时间、流式细胞仪型号、独立实验重复数
阅读提示:Methods 'Flow cytometry'及图注Fig. 1j, 4a, 4b