FBP17和CIP4招募SHIP2与Lamellipodin以预备质膜进行快速内吞蛋白介导的内吞

FBP17 and CIP4 recruit SHIP2 and lamellipodin to prime the plasma membrane for fast endophilin-mediated endocytosis.

作者信息Laura Chan Wah Hak, Shaheen Khan, Ilaria Di Meglio, Ah-Lai Law, Safa Lucken-Ardjomande Häsler, Leonor M Quintaneiro, Antonio P A Ferreira, Matthias Krause, Harvey T McMahon, Emmanuel Boucrot
PMID30061681
发布时间2018-09
DOI10.1038/s41556-018-0146-8

实验完整度

高

包含BAR蛋白筛选、多种敲低/过表达、活细胞成像、PLA及生化pull-down等多层级功能与机制验证

主要模型

BSC1细胞 hTERT-RPE1细胞 HEK293细胞 大鼠脑裂解液

重点核对

FBP17+CIP4双敲低对β1-AR摄取和FEME载体形成的影响(n=30细胞,三次独立实验) CIP4过表达对EPA形成、β1-AR与Endophilin PLA及β1-AR摄取的影响 SHIP2抑制剂AS19499490(0.5-10μM)对预备斑点和β1-AR招募的影响 Cdc42抑制剂ML141(10μM)或Secramine(10μM)对CIP4、SHIP2、Lpd和Endophilin招募的影响 RICH1+SH3BP1双敲低对Endophilin foci及FEME载体形成的影响

摘要

内吞作用介导细胞对微量营养素的摄取以及质膜蛋白的更新。网格蛋白介导的内吞(CME)是静息细胞中的主要摄取途径,但同时也存在多种不依赖网格蛋白的内吞(CIE)途径。其中一条途径——快速内吞蛋白介导的内吞(FEME)——并非组成性发生,而是在包括β1肾上腺素能受体(β1-AR)在内的某些受体激活后被触发。FEME在刺激后迅速激活,因为内吞蛋白(Endophilin)被Pi(3,4)P2结合蛋白Lamellipodin(Lpd)预先富集。然而,在缺乏刺激的情况下,内吞蛋白斑点会在数秒后中止并解体。为寻找参与FEME的其他蛋白,我们发现所测试的65种含BAR结构域蛋白中有20种与内吞蛋白斑点共定位。其中,FBP17和CIP4通过招募5'-脂质磷酸酶SHIP2和Lpd至静息细胞的膜上,介导Pi(3,4)P2的局部产生和内吞蛋白的预先富集,从而为FEME预备膜。膜结合的GTP负载Cdc42招募FBP17和CIP4,随后被RICH1和SH3BP1 GAPs局部失活。这产生了持续5-10秒的内吞蛋白斑点的瞬时组装和解体。该机制周期性地预备膜斑块,以便在FEME激活时迅速响应。

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
静息细胞中FEME如何在受体激活前被预备,从而能够迅速形成内吞载体?
核心机制
GTP负载Cdc42通过REM结构域招募FBP17和CIP4,后者通过SH3结构域招募SHIP2和Lpd,SHIP2局部产生Pi(3,4)P2稳定Lpd并预富集Endophilin;随后RICH1和SH3BP1 GAPs局部失活Cdc42,使预备复合物在5-10秒内解体,形成周期性预备的膜斑块。
主要证据
在BSC1和hTERT-RPE1细胞中通过BAR蛋白共定位筛选、敲低与过表达、活细胞成像、PLA和pull-down实验,证明FBP17/CIP4缺失使FEME载体形成减少89.3±4.7%,过表达增加2倍以上,且CIP4先于Endophilin 8±4秒被招募。
研究意义
揭示了FEME在静息细胞中被周期性预备的机制,解释了受体激活后内吞载体形成的迅速性,并提示FEME相关蛋白在多种癌症中过表达,可能参与肿瘤形成。

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

BAR蛋白与Endophilin共定位筛选

鉴定参与FEME的含BAR结构域蛋白

克隆65种人源BAR蛋白,以EGFP标签在BSC1细胞中低表达,用共聚焦显微镜线扫描测量其与内源Endophilin斑点的共定位,并用CAAX-EGFP作为阴性对照。

2

Endophilin结合伙伴的pull-down与质谱鉴定

鉴定与Endophilin SH3结构域结合的蛋白

用重组Endophilin A1-A3的SH3结构域与大鼠脑裂解液进行pull-down,并通过质谱鉴定结合伙伴;进一步用GST-SH3结构域与表达EGFP标签受体的细胞提取物进行pull-down验证。

3

FBP17/CIP4对β1-AR内吞的功能验证

验证FBP17和CIP4是否参与FEME介导的β1-AR摄取

在Endophilin三敲低、AP2敲低、Amphiphysin+Bin1双敲低或FBP17+CIP4双敲低细胞中,用10μM多巴酚丁胺处理30分钟,检测β1-AR的胞内积累;并检测4分钟刺激后β1-AR进入FEME载体的量。

4

FBP17/CIP4对Endophilin斑点招募的调控

确定FBP17/CIP4是否上游调控Endophilin的瞬时招募

在静息细胞中检测FBP17+CIP4双敲低或CIP4过表达对Endophilin斑点频率和持续时间的影响,并用活细胞双色成像记录FBP17-EGFP与EndophilinA2-RFP的招募时序。

5

SHIP2和Lpd的招募与功能验证

验证FBP17/CIP4是否通过SHIP2和Lpd预备膜

通过pull-down验证FBP17/CIP4与SHIP2和Lpd的结合,检测SHIP1+2双敲低或Lpd敲低对CIP4、SHIP2、Lpd和Endophilin招募的影响,并用SHIP2抑制剂AS19499490处理检测预备斑点和β1-AR招募。

6

Cdc42对FBP17/CIP4招募的调控

确定Cdc42在FBP17/CIP4上游的调控作用

用ML141或Secramine抑制Cdc42,或过表达Cdc42-DN(T17N)和Cdc42-CA(Q61L),检测CIP4、SHIP2、Lpd和Endophilin向细胞前缘的招募;并用CIP4截短体定位REM结构域的作用。

7

Cdc42 GAPs终止预备循环的验证

验证RICH1和SH3BP1通过局部失活Cdc42终止预备循环

过表达野生型或GAP失活突变体RICH1、SH3BP1、OPHN1,并双敲低RICH1+SH3BP1,检测Endophilin招募及刺激后FEME载体形成和β1-AR摄取。

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培养基Sigma--
胎牛血清Gold PAA--
GlutaMAX-IGibco--
DMEM:F12 HAM培养基Sigma--
碳酸氢钠Sigma--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
Nanofectin转染试剂PAA--
GeneJuice转染试剂Merck--
Oligofectamine转染试剂Invitrogen--
多巴酚丁胺SigmaD0676
Alexa Fluor 488标记转铁蛋白Life TechnologiesT13342
GDC-0941SymansisSYG0941
AS19499490Tocris3718
ML141Tocris4266
鬼笔环肽-AlexaFluor 647Cell Signaling Technologies8940
Duolink邻位连接实验试剂盒SigmaDUO92101
GFP-TRAP_A琼脂糖珠Chromotek--
NeutrAvidin琼脂糖树脂Thermo Scientific89881
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific--
抗Endophilin A2抗体H-60Santa Cruz Biotechnologysc-25495
抗Endophilin A2抗体A-11Santa Cruz Biotechnologysc-365704
抗Lamellipodin抗体H-5Santa Cruzsc-390050
抗Lamellipodin抗体Atlas AntibodiesHPA020027
抗CIP4抗体克隆21Santa Cruzsc-135868
抗Bin1抗体GeneTexGTX103259
抗RICH1抗体Bethyl LabsA304-689A
抗SNX9抗体克隆2F1AbCamab118996
抗Pacsin2抗体AbgentAP8088b
抗srGAP1抗体克隆5D2AbnovaH00057522-M03
抗ASAP1抗体克隆P7QSanta Cruzsc-81896
抗SHIP2抗体克隆3E6Novus BiologicalH00003636-M01
抗SHIP2抗体克隆C76A7Cell Signaling Technologies2839
抗α-adaptin抗体克隆8BD Bioscience610501
抗GAPDH抗体克隆14C10Cell Signaling Technologies2118
抗LAMP-1抗体克隆H4A3-cDevelopmental Studies Hybridoma Bank--
抗LAMP-1抗体克隆D2D11Cell Signaling Technologies9091
抗EGFP抗体AbCamab290
抗EGFP抗体克隆7.1和13.1Roche11814460001
抗Myc标签抗体克隆71D10Cell Signaling Technologies2278
AlexaFluor 488山羊抗小鼠IgGThermo ScientificA-11001
AlexaFluor 555山羊抗小鼠IgGThermo ScientificA-21422
AlexaFluor 488山羊抗兔IgGThermo ScientificA-11008
AlexaFluor 555山羊抗兔IgGThermo ScientificA-21428
山羊抗小鼠IgG-HRP偶联物Bio-Rad1706516
山羊抗兔IgG-HRP偶联物Bio-Rad1706516

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
BAR蛋白共定位筛选
EGFP标签BAR蛋白的表达水平需滴定至低水平;共定位判定标准为Endophilin和BAR蛋白候选物均须在离散斑点处富集;CAAX-EGFP阴性对照;每个构建体n>150个斑点,三次独立实验
阅读提示:Methods中Gene transfection、Immunostaining与激光共聚焦部分;Figure 1a及Supplementary Fig. 3和4a-c
β1-AR内吞功能验证
多巴酚丁胺浓度10μM;刺激时间30分钟(内吞积累)或4分钟(FEME载体);敲低验证方式为免疫染色反标;n=30细胞/条件,三次独立实验
阅读提示:Methods中Cell stimulation and cargo uptake、siRNA suppression;Figure 1c-d图注
FEME载体形成与Endophilin斑点动态
CIP4过表达水平需滴定;活细胞成像频率0.5Hz或2Hz;n=50个斑点或n=5细胞/条件;三次独立实验
阅读提示:Methods中Live-cell confocal fluorescent microscopy;Figure 2g-h图注
SHIP2抑制剂实验
AS19499490使用浓度0.5-10μM(图注中为10μM,预处理5分钟);多巴酚丁胺10μM刺激4分钟;GDC-0941 20nM预处理5分钟;n=30细胞/条件
阅读提示:Methods中Chemicals and small inhibitors;Figure 3h-j图注
Cdc42抑制剂与截短体实验
ML141使用10μM处理10分钟;Secramine使用10μM;Cdc42-DN为T17N突变体,Cdc42-CA为Q61L突变体;CIP4截短体转染需在内源蛋白敲低后16小时分析
阅读提示:Methods中siRNA suppression与Gene transfection;Figure 4a-h图注
Cdc42 GAPs实验
RICH1 R288A、SH3BP1 R312A和OPHN1 R409A为GAP失活突变体;RICH1+SH3BP1双敲低;刺激条件为10μM多巴酚丁胺4分钟;n=30细胞/条件
阅读提示:Methods中Gene cloning与siRNA suppression;Figure 5a-f图注