WWP2下调通过调节DDX3X的泛素化和降解加重2型糖尿病诱导的血管内皮损伤

Down-regulation of WWP2 aggravates Type 2 diabetes mellitus-induced vascular endothelial injury through modulating ubiquitination and degradation of DDX3X

作者信息Shilong You, Jiaqi Xu, Zeyu Yin, Boquan Wu, Pengbo Wang, Mingjun Hao, Cheng Cheng, Mengke Liu, Yuanhui Zhao, Pengyu Jia, Hongkun Jiang, Da Li, Liu Cao, Xingang Zhang, Ying Zhang, Yingxian Sun, Naijin Zhang
PMID37149668
发布时间2023-05-06
DOI10.1186/s12933-023-01818-3

实验完整度

包含单细胞转录组分析、内皮特异性基因敲除小鼠模型、体外过表达/敲低功能实验、机制验证(质谱、Co-IP、泛素化实验)等多层级证据。

主要模型

人脐静脉内皮细胞(HUVECs) 内皮特异性Wwp2敲除小鼠(Cdh5-Cre; Wwp2fl/fl) 高脂饮食/链脲佐菌素诱导的T2DM小鼠模型 T2DM患者和健康对照的肠系膜动脉内皮细胞(单细胞数据)

重点核对

T2DM患者与健康对照的肠系膜动脉内皮细胞中WWP2表达差异(单细胞数据,GSE156341) 内皮特异性Wwp2敲除小鼠中T2DM诱导的内皮凋亡和血管重塑程度 HUVECs中HG/PA处理(33 mM葡萄糖,100 μM棕榈酸)对WWP2表达和细胞凋亡的影响 JNK抑制剂SP600125和激活剂Anisomycin对WWP2表达的影响 WWP2介导的DDX3X K63连接多聚泛素化和蛋白酶体降解(CHX追踪、MG132处理)

摘要

背景:由2型糖尿病(T2DM)引起的内皮损伤被认为是糖尿病血管并发症(DVCs)病理生理学的主要因素。然而,T2DM诱导的内皮损伤的分子机制在很大程度上仍然未知。在这里,我们发现内皮WW结构域E3泛素蛋白连接酶2(WWP2)通过调节DEAD-box解旋酶3 X连锁(DDX3X)的泛素化和降解,作为T2DM诱导的血管内皮损伤的新型调节因子。方法:使用单细胞转录组分析评估T2DM患者和健康对照者血管内皮细胞中WWP2的表达。使用内皮特异性Wwp2敲除小鼠研究WWP2对T2DM诱导的血管内皮损伤的影响。进行体外功能丧失和获得研究以评估WWP2对人脐静脉内皮细胞增殖和凋亡的功能。通过质谱、免疫共沉淀测定和免疫荧光测定验证WWP2的底物蛋白。通过脉冲追踪测定和泛素化测定研究WWP2对底物蛋白调节的机制。结果:在T2DM期间,WWP2在血管内皮细胞中的表达显著下调。小鼠内皮特异性Wwp2敲除显著加重了T2DM诱导的血管内皮损伤和内皮损伤后的血管重塑。我们的体外实验表明,WWP2通过促进细胞增殖和抑制EC凋亡来保护内皮损伤。机制上,我们发现WWP2在高糖和棕榈酸(HG/PA)诱导的EC中由于c-Jun N末端激酶(JNK)激活而下调,并揭示WWP2通过催化DDX3X的K63连接的多聚泛素化并将其靶向蛋白酶体降解来抑制HG/PA诱导的内皮损伤。结论:我们的研究揭示了内皮WWP2的关键作用以及JNK-WWP2-DDX3X调节轴在T2DM诱导的血管内皮损伤中的基本重要性,表明WWP2可能作为DVCs的新治疗靶点。

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
WWP2在T2DM诱导的血管内皮损伤中的表达变化及其分子机制是什么?
核心机制
WWP2通过催化DDX3X的K63连接多聚泛素化并促进其蛋白酶体降解,从而抑制内皮损伤;T2DM中HG/PA通过激活JNK下调WWP2表达,形成JNK-WWP2-DDX3X调节轴。
主要证据
单细胞转录组分析显示T2DM患者内皮细胞中WWP2下调;内皮特异性Wwp2敲除小鼠加重T2DM诱导的内皮凋亡和血管重塑;体外实验证明WWP2过表达促进增殖抑制凋亡,敲低则相反;机制实验证明WWP2与DDX3X相互作用并介导其K63连接泛素化降解。
研究意义
揭示了内皮WWP2的关键作用和JNK-WWP2-DDX3X轴的重要性,为DVCs的预防和治疗提供了新的分子靶点。

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

单细胞转录组分析发现WWP2表达变化

评估T2DM患者血管内皮细胞中WWP2的表达水平及其与内皮损伤的相关性。

对公开数据集GSE156341中健康与T2DM男性供体的肠系膜动脉细胞进行单细胞转录组分析,使用Seurat包进行质量控制、标准化、批次效应去除和聚类,鉴定内皮细胞亚群,并比较WWP2表达差异。

2

构建内皮特异性Wwp2敲除小鼠及T2DM模型

研究内皮细胞中WWP2缺失对T2DM诱导的血管内皮损伤的影响。

通过Cdh5-Cre介导的floxed Wwp2等位基因缺失构建内皮特异性Wwp2敲除小鼠,并通过高脂饮食和链脲佐菌素注射诱导T2DM模型,检测血糖、血脂、内皮凋亡和血管重塑指标。

3

体外验证WWP2对HUVECs增殖和凋亡的影响

评估WWP2对高糖/棕榈酸诱导的内皮细胞损伤的保护作用。

在HUVECs中通过质粒过表达或siRNA敲低WWP2,并用HG/PA处理,通过CCK-8和流式细胞术检测细胞增殖和凋亡,Western blot检测凋亡标志物。

4

验证JNK激活介导的WWP2下调机制

探究HG/PA通过何种途径下调WWP2表达。

使用JNK抑制剂SP600125和激活剂Anisomycin处理HUVECs,检测WWP2的mRNA和蛋白水平,并通过CCK-8和流式细胞术检测细胞功能。

5

鉴定WWP2底物蛋白并验证相互作用

寻找WWP2调控内皮损伤的下游底物。

通过质谱分析鉴定WWP2相互作用蛋白,发现DDX3X;通过免疫共沉淀和免疫荧光实验验证内源性相互作用和共定位。

6

验证WWP2介导DDX3X的泛素化降解

证明WWP2通过K63连接多聚泛素化促进DDX3X的蛋白酶体降解。

通过泛素化实验、CHX追踪实验、MG132/CQ处理等,检测WWP2对DDX3X蛋白稳定性和泛素化类型的影响。

7

验证DDX3X在WWP2调控内皮损伤中的必要性

确认DDX3X是WWP2调节内皮损伤功能所必需的。

通过siRNA敲低DDX3X,检测WWP2敲低对细胞增殖、凋亡和凋亡标志物的影响是否被逆转。

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
链脲佐菌素MCEHY-13753
高脂饮食Medicience Ltd.MD12033
F-12K培养基Procell--
胎牛血清HyClone--
青霉素/链霉素Biosharp--
肝素----
内皮细胞生长补充物----
棕榈酸MCEHY-N0830
D-甘露醇Sigma-AldrichM4125
SP600125SelleckS1460
茴香霉素SelleckS7409
MG132ApexBioA2585
氯喹Sigma-Aldrich--
TRIzol试剂Invitrogen--
PrimeScript RT试剂盒(含gDNA Eraser)TakaraRR047A
Applied Biosystems 7500 Fast实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
Lipofectamine 3000Invitrogen--
jetPRIMEPolyplus--
PVDF膜Millipore--
抗WWP2抗体Proteintech12197-1-AP
抗WWP2抗体abcamab103527
抗DDX3X抗体Bethyl LaboratoriesA300-474A
抗DDX3X抗体Santa Cruz Biotechnologysc-365768
抗Cleaved PARP1抗体Cell Signaling Technology9541S
抗Cleaved Caspase-3抗体Cell Signaling Technology9664S
抗HA抗体Cell Signaling Technology3724S
抗Collagen I抗体Santa Cruz Biotechnologysc-293182
抗α-SMA抗体Proteintech23660-1-AP
抗p-JNK抗体Santa Cruz Biotechnologysc-6254
抗α-tubulin抗体Proteintech11224-1-AP
细胞计数试剂盒-8Dojindo--
Annexin V-FITC凋亡检测试剂盒Dojindo--
酶标仪Model 680Bio-Rad--
LSRFortessa流式细胞仪BD--
抗WWP2抗体Proteintech--
抗DDX3X抗体Bethyl Laboratories--
抗CD31抗体Santa Cruz Biotechnology--
驴抗小鼠IgG(H+L)高交叉吸附二抗,Alexa Fluor™ 488InvitrogenA-21202
驴抗兔IgG(H+L)高交叉吸附二抗,Alexa Fluor™ 594InvitrogenA21207
DAPISolarbioC0065
TUNEL凋亡检测试剂盒AbbkineKTA2011
马松三色染色试剂盒SolarbioG1340
蛋白A/G琼脂糖珠Santa Cruz Biotechnology--
化学发光检测系统Tanon Science & Technology Co., Ltd.--

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
单细胞转录组分析
数据集的样本来源(GSE156341),质量控制参数,内皮细胞亚群的鉴定 marker
阅读提示:Methods: Single cell RNA-seq analysis
动物模型
小鼠周龄、性别(雄性8周),HFD喂养时长(6周),STZ剂量(40 mg/kg,连续5天),血糖标准(≥16.7 mM),实验周期(STZ后4个月)
阅读提示:Methods: Animal treatment; Fig. 2D
细胞处理
HUVECs传代数(4-6),HG/PA浓度(33 mM葡萄糖,100 μM棕榈酸),处理时间(48小时),渗透压对照(D-mannitol)
阅读提示:Methods: Cell culture and treatment
JNK通路干预
SP600125浓度(20 μM)和处理时间(24小时),Anisomycin浓度(10 μM)和处理时间(24小时)
阅读提示:Methods: Cell culture and treatment; Fig. 5
蛋白稳定性与泛素化
CHX浓度(20 μM)和处理时间(指示时间),MG132浓度(10 μM)和处理时间(6小时),CQ浓度(50 μM)和处理时间(24小时),泛素突变体(K48-only, K63-only)
阅读提示:Methods: Cell culture and treatment; Fig. 7