CHIP通过促进STX17的K63-和K27连接泛素化以促进自噬体-溶酶体融合,从而改善非酒精性脂肪性肝病

CHIP ameliorates nonalcoholic fatty liver disease via promoting K63- and K27-linked STX17 ubiquitination to facilitate autophagosome-lysosome fusion.

作者信息Hyunjin Rho, Seungyeon Kim, Seung Up Kim, Jeong Won Kim, Sang Hoon Lee, Sang Hoon Park, Freddy E Escorcia, Joon-Yong Chung, Jaewhan Song
PMID39353976
发布时间2024-10
DOI10.1038/s41467-024-53002-0

实验完整度

高

包含患者样本、肝细胞特异性敲除小鼠、细胞模型及AAV8过表达,并有功能与机制验证

主要模型

肝细胞特异性CHIP敲除(H-KO)小鼠 HFD或HFHFD喂养的C57BL/6小鼠 HepG2细胞 NASH患者肝组织样本

重点核对

H-KO小鼠在HFD(20周)或HFHFD(24周)喂养下的NAFLD表型及自噬标志物P62/LC3水平 STX17 K198R(小鼠K197R)突变体对CHIP介导的泛素化及STX17-SNAP29-VAMP8复合物形成的影响 CHIP介导的STX17 K63-和K27连接泛素化(使用K63/K27泛素突变体) AAV8介导的肝脏CHIP过表达对HFD(16周)或HFHFD(20周)诱导的NAFLD进展的影响 CHIP缺失或过表达对自噬流(RFP-GFP-LC3)和脂滴积累的影响

摘要

自噬体与溶酶体的融合对于预防非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)至关重要。在本研究中,我们构建了肝细胞特异性CHIP敲除(H-KO)小鼠模型,该模型在高脂饮食(HFD)或高脂高果糖饮食(HFHFD)喂养下会更快地发生NAFLD。H-KO小鼠肝脏和CHIP缺失细胞中P62和LC3的积累表明自噬体-溶酶体融合受到抑制。AAV8介导的CHIP在小鼠肝脏中的过表达可减缓HFD或HFHFD喂养诱导的NAFLD进展。机制上,CHIP诱导STX17第198位赖氨酸残基发生K63-和K27连接的多泛素化,从而增加STX17-SNAP29-VAMP8复合物的形成。STX17 K198R突变体不被CHIP泛素化;该突变体干扰了其与VAMP8的相互作用,使STX17无法抑制小鼠脂肪变性发展。这些结果表明,涉及CHIP介导的STX17非降解性泛素化的信号调控机制对于自噬体-溶酶体融合是必要的。

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
CHIP是否通过调控STX17的非降解性泛素化影响自噬体-溶酶体融合,进而调节NAFLD进展?
核心机制
CHIP作为E3连接酶,在STX17的K198(小鼠K197)残基上催化K63-和K27连接的多泛素化,增强STX17-SNAP29-VAMP8 SNARE复合物形成,促进自噬体-溶酶体融合和脂噬,从而抑制NAFLD进展。
主要证据
在H-KO小鼠、CHIP敲低/过表达的HepG2细胞及原代肝细胞中,CHIP缺失导致P62/LC3积累和SNARE复合物形成减少;STX17 K198R突变体不被CHIP泛素化且不能挽救脂噬;AAV8介导的CHIP过表达减轻HFD/HFHFD诱导的脂肪变性、炎症和纤维化。
研究意义
揭示了CHIP介导的STX17非降解性泛素化在自噬体-溶酶体融合中的关键作用,提示CHIP- STX17轴可能作为NAFLD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

NAFLD患者和小鼠模型中CHIP表达分析

验证CHIP表达是否与NAFLD进展相关

检测NASH患者肝活检组织及HFD或HFHFD喂养小鼠肝脏中CHIP的蛋白表达水平,并分析GEO数据库(GSE89632)中CHIP转录水平。

2

CHIP对脂噬和自噬体-溶酶体融合的细胞功能验证

明确CHIP是否通过E3连接酶活性调控脂噬

在HepG2细胞中敲低或过表达CHIP及其突变体(H260Q、K30A),使用OA诱导脂滴积累,结合BafA1处理、RFP-GFP-LC3自噬流检测、Nile red/BODIPY染色和Western blot检测P62/LC3。

3

肝细胞特异性CHIP敲除小鼠在HFD和HFHFD下的表型分析

在体内验证CHIP缺失对NAFLD进展的影响

构建H-KO小鼠,分别给予NCD、HFD(20周)或HFHFD(24周),检测肝脏重量/体重比、组织学(H&E、Oil red O、f4/80、Sirius red)、肝TG/TC、血清ALT/AST、GTT/ITT及自噬标志物。

4

snRNAseq分析H-KO小鼠肝脏细胞类型和通路变化

解析CHIP缺失对肝脏非实质细胞激活的影响

对HFD喂养的WT和H-KO小鼠肝脏进行单核RNA测序,分析肝细胞、HSCs、Kupffer细胞和T细胞的转录变化。

5

CHIP与SNARE复合物相互作用及STX17泛素化位点鉴定

阐明CHIP调控STX17泛素化及SNARE复合物形成的分子机制

通过免疫共沉淀、免疫荧光、泛素化实验(使用K63/K27泛素突变体)和STX17点突变体(K198R等)确定CHIP介导的STX17泛素化类型和关键残基。

6

STX17 K198R突变体在体内的功能验证

验证STX17 K198位点泛素化对脂噬和NAFLD的保护作用

HFD喂养小鼠10周后,通过尾静脉注射in-vivo-jetPEI递送HA-mSTX17-WT或HA-mSTX17-1KR质粒,检测肝脏脂质积累、自噬体/自噬溶酶体形成及STX17泛素化。

7

AAV8介导的肝脏CHIP过表达对NAFLD的治疗效果

评估CHIP过表达对HFD或HFHFD诱导的NAFLD的改善作用

HFD喂养8周或HFHFD喂养10周后,尾静脉注射AAV8-GFP或AAV8-CHIP-GFP,继续喂养8或10周,检测肝脏表型、自噬标志物、STX17泛素化及SNARE复合物形成。

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CHIP兔多克隆抗体Millipore SigmaHPA041222
抗STX17兔多克隆抗体InvitrogenPA5-40127
CHIP (C-10)抗体Santa Cruzsc-133083
CHIP抗体Cell signaling technology2080
GAPDH抗体Cell signaling technology5714
P62抗体BD transduction610832
LC3抗体SigmaL8918
β-ACTIN抗体SigmaA5316
FLAG抗体SigmaA8592
HA抗体Santa Cruzsc-7392
AKT1 (2H10)抗体Cell signaling technology2967
磷酸化AKT1 (S473)抗体Cell signaling technology9271
STX17抗体Abcamab229646
SNAP29抗体Santa Cruzsc-390602
泛素抗体Cell signaling technology14049
K63连接泛素抗体Cell signaling technology5621
K27连接泛素抗体Abcamab181537
ULK1抗体Cell signaling technology8054
mTOR抗体Cell signaling technology2983
BECN1抗体Cell signaling technology3738S
ATG3抗体MBLM133-3
ATG5抗体MBLM153-3
AMPKα抗体Cell signaling technology2603
VPS34抗体Cell signaling technology4263
LAMP2A抗体Abcamab125068
c-Myc (9E10)抗体Santa Cruzsc-40
GFP抗体Santa Cruzsc8334
Alexafluor偶联STX17抗体Santa Cruzsc518187AF594
Alexafluor偶联SNAP29抗体Santa Cruzsc390602AF546
VAMP8抗体Abcamab202828
CHIP抗体Abcamab310058
Alexa 594山羊抗兔抗体ThermoA11012
Alexa 488山羊抗小鼠IgGThermoA28175
巴弗洛霉素A1Sigma19-148
油酸SigmaO1008
Hoechst 33342InvitrogenH3570
尼罗红Sigma19123
BODIPY 493/503InvitrogenD3922
伊红Sigma318906
天狼星红Abcamab246832
f4/80抗体Abcamab111101
油红OSigmaO0625
Tissue-Tek O.C.T包埋剂SAKURA4583
TRIzolInvitrogenBRL-15596-018
QuantiTect SYBR Green PCR试剂盒Qiagen204143
甘油三酯定量比色/荧光试剂盒BiovisionK622-100
总胆固醇和胆固醇酯比色/荧光检测试剂盒BiovisionK603-100
β-羟基丁酸检测试剂盒Abcamab83390
大鼠/小鼠胰岛素ELISASigmaEZRMI-13K
葡萄糖SigmaG8769
胰岛素SigmaI9278
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23225
硝酸纤维素膜Amersham10600003
蛋白G琼脂糖珠Sigma11243233001
N-乙基马来酰亚胺SigmaE3876
体内jetPEI转染试剂Polyplus101000030
AAV8-CMV-GFP和AAV8-EF1α-mCHIP-CMV-GFPVirovek Inc.--
PlasmocinInvivoGen--
聚乙烯亚胺Sigma408727
聚凝胺Santacruzsc-134220

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
H-KO小鼠NAFLD模型构建
小鼠性别(雄性)、年龄(8周龄)、饮食类型(HFD: 60% kcal fat, D12492; HFHFD: HFD+30%果糖水)、喂养时长(HFD 20周,HFHFD 24周)、样本量(n=5-13)
阅读提示:Methods中Mice小节及图3a、图5a的图注
AAV8介导的肝脏CHIP过表达
AAV8血清型(AAV8)、启动子(EF1α)、注射剂量(5E^11 vg/只)、注射途径(尾静脉)、注射时间点(HFD喂养8周后或HFHFD喂养10周后)、继续喂养时长(8周或10周)
阅读提示:Methods中In-vivo gene delivery小节及图9a、9j的图注
STX17 K198R突变体体内递送
质粒剂量(50 µg/只)、递送试剂(in-vivo-jetPEI, n/p=8)、注射时间(处死前4天和1天)、HFD喂养时长(10周)、小鼠性别和年龄(雄性,8周龄)
阅读提示:Methods中In-vivo-jetPEI transfection小节及图8e的图注
细胞脂滴积累和自噬流检测
OA浓度(1 mM)和处理时间(过夜)、BafA1浓度(100 nM)、RFP-GFP-LC3转染方法、CHIP突变体(H260Q和K30A)
阅读提示:Methods中Cell culture小节及图2的图注
STX17泛素化类型鉴定
泛素突变体(K63-only、K27-only、K63K27、K63RK27R)、STX17突变体(1KR、3KR、4KR)、OA处理条件、免疫沉淀抗体
阅读提示:图7d-h的图注及Methods中Ubiquitination assays小节