miR-471-5p与自噬组分蛋白的交互调控凋亡生殖细胞的LC3相关吞噬作用(LAP)

Cross-talk between miR-471-5p and autophagy component proteins regulates LC3-associated phagocytosis (LAP) of apoptotic germ cells.

作者信息Subbarayalu Panneerdoss, Suryavathi Viswanadhapalli, Nourhan Abdelfattah, Benjamin C Onyeagucha, Santosh Timilsina, Tabrez A Mohammad, Yidong Chen, Michael Drake, Kristiina Vuori, T Rajendra Kumar, Manjeet K Rao
PMID28928467
发布时间2017-09-19
DOI10.1038/s41467-017-00590-9

实验完整度

高

包含Sertoli细胞特异性转基因小鼠体内模型、原代Sertoli细胞和细胞系体外模型,并进行吞噬功能、LAP机制、蛋白互作和雄激素调控验证。

主要模型

Sertoli细胞特异性miR-471-5p转基因小鼠 原代小鼠Sertoli细胞 TM4 Sertoli细胞系 15P1 Sertoli细胞系

重点核对

miR-471-5p转基因小鼠品系(Tg1、Tg7、Tg13)及野生型对照,RT-qPCR检测miR-471-5p表达水平较内源性升高约2-4倍至8-16倍 生育力分析:2月龄 mating,每组n=10,统计每窝产仔数和每窝幼崽数 体外吞噬实验:pHrodo标记凋亡生殖细胞与Sertoli细胞共孵育3小时,流式细胞术和荧光显微镜检测吞噬百分比 LAP检测:免疫荧光计数LC3II+吞噬体百分比,digitomin处理去除LC3I,Western blot检测LC3II/I比值 雄激素调控实验:flutamide-acyline处理小鼠及睾酮补充,Western blot检测Dock180、Atg12、Tecpr1、Becn1水平

摘要

Sertoli细胞对凋亡生殖细胞的吞噬清除对生殖细胞发育和分化至关重要。本文利用组织特异性miRNA转基因小鼠模型,展示miR-471-5p与自噬成员蛋白之间的相互作用通过LC3相关吞噬作用(LAP)调控凋亡生殖细胞的清除。在Sertoli细胞中表达miR-471-5p的转基因小鼠表现出生殖细胞凋亡增加和雄性生育力受损。这些效应是由于对凋亡生殖细胞的吞噬缺陷和LAP介导的清除受损所致,因为miR-471-5p转基因小鼠的Sertoli细胞中Dock180、LC3、Atg12、Becn1、Rab5和Rubicon水平较低。我们的结果揭示Dock180与自噬成员蛋白相互作用,构成一个功能性的LC3依赖性吞噬复合物。我们发现雄激素通过控制miR-471-5p及其靶蛋白的表达来调节Sertoli细胞吞噬作用。这些发现提示,自噬机制的招募对于Sertoli细胞利用LAP高效清除凋亡生殖细胞是必需的。

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
Sertoli细胞清除凋亡生殖细胞的分子机制是什么,是否涉及LC3相关吞噬作用(LAP)以及miR-471-5p和雄激素的调控?
核心机制
miR-471-5p靶向抑制Dock180、Atg12、Becn1和Tecpr1等吞噬/自噬相关蛋白,Dock180与LC3及其他自噬成员蛋白相互作用形成功能性LC3依赖性吞噬复合物,促进LAP介导的凋亡生殖细胞清除;雄激素通过抑制miR-471-5p表达维持该通路。
主要证据
Sertoli细胞特异性miR-471-5p转基因小鼠显示生育力下降、生殖细胞凋亡增加、Sertoli细胞中Dock180/LC3/Atg12/Becn1/Rab5/Rubicon水平降低;体外吞噬实验和LAP检测显示miR-471-5p过表达抑制凋亡生殖细胞内吞和LC3+吞噬体形成;免疫共沉淀显示Dock180与LC3、Atg12、Tecpr1相互作用;雄激素抑制模型和睾酮补充实验证实雄激素调控该通路。
研究意义
研究提示自噬机制招募对Sertoli细胞通过LAP高效清除凋亡生殖细胞至关重要,该过程对生殖细胞发育分化和雄性生育力维持有重要意义,并可能为避免睾丸炎等自身免疫反应提供理论依据。

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

构建Sertoli细胞特异性miR-471-5p转基因小鼠

在体内Sertoli细胞中过表达miR-471-5p以研究其功能

将包含成熟mmu-miR-471-5p及其侧翼约400bp序列的片段克隆至PEM-236载体,该载体含0.6kb Rhox5近端启动子和BGH polyA信号;通过SalI和NdeI酶切释放转基因片段并注射入小鼠原核,建立10个转基因 founder 品系,用PCR基因分型和RT-qPCR验证表达。

2

评估miR-471-5p转基因小鼠的生殖表型和生育力

确定miR-471-5p过表达是否导致生殖缺陷和生育力下降

进行生育力分析(2月龄 mating)、附睾尾精子计数、睾丸H&E染色、BTB通透性检测(生物素示踪剂注射)、透射电镜观察超微结构、精子形态学分析、TUNEL和cleaved caspase 3免疫组化检测生殖细胞凋亡。

3

鉴定miR-471-5p靶基因并验证其对吞噬/自噬相关蛋白的调控

确定miR-471-5p是否直接靶向吞噬和自噬相关基因

通过Ago2-RNA免疫沉淀联合深度测序鉴定miR-471-5p靶mRNA;用miR-471-5p mimic转染15P1和TM4 Sertoli细胞,Western blot检测Dock180、Tecpr1、Atg12、Becn1蛋白水平;在转基因小鼠睾丸和纯化Sertoli细胞中验证蛋白水平;用双荧光素酶报告基因实验验证miR-471-5p结合Dock180、Atg12、Becn1的3‘UTR。

4

验证miR-471-5p对Sertoli细胞吞噬凋亡生殖细胞的影响

确定miR-471-5p是否调控Sertoli细胞对凋亡生殖细胞的内吞能力

用pHrodo标记凋亡生殖细胞,与转染miR-471-5p mimic或scramble的15P1、TM4或原代Sertoli细胞共孵育3小时,通过流式细胞术和荧光显微镜定量吞噬百分比;在bafilomycin A1存在或缺失下进行吞噬实验;用Dock180过表达或DHR2突变体进行 rescue 实验;检测Rac1活性。

5

验证Sertoli细胞是否利用LAP清除凋亡生殖细胞及miR-471-5p的调控作用

确定Sertoli细胞吞噬体是否招募LC3和自噬蛋白,以及miR-471-5p是否影响LAP

分离Sertoli细胞中含LC3的吞噬体,Western blot检测LC3II、Beclin1、Atg12、Rubicon、Rab5、Rab7和Dock180的招募;免疫荧光检测LC3B包被的吞噬体百分比;digitomin处理去除LC3I;检测miR-471-5p转基因小鼠中LC3II/I比值和Rab5/Rab7水平;用lysotracker和pHrodo标记检测吞噬体酸化。

6

验证Dock180与LC3及自噬蛋白的相互作用及其在LAP中的作用

确定Dock180是否直接参与LAP并与自噬蛋白形成复合物

在TM4和HEK293细胞中进行免疫共沉淀,检测Dock180与LC3B、Atg12、Tecpr1的相互作用;用siRNA敲低Dock180或LC3B/Atg12/Tecpr1/Becn1,检测对其他蛋白水平及LC3+吞噬体百分比的影响。

7

验证雄激素通过miR-471-5p调控Sertoli细胞吞噬功能

确定雄激素是否通过miR-471-5p及其靶蛋白调控凋亡生殖细胞的清除

用flutamide-acyline处理小鼠抑制雄激素,部分补充睾酮,Western blot检测Sertoli细胞中Dock180、Atg12、Becn1、Tecpr1水平;在体外用睾酮处理原代Sertoli细胞进行吞噬实验;用miR-471-5p antagomiR进行rescue实验;检测ACADL水平。

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
Rac1活性检测试剂盒Millipore--
Thermo scientific 试剂(cat. #16118)Thermo Scientific16118
Lipofectamine RNAi max转染试剂Life Technology--
β-actin抗体(1:50,000;cat#A5316)Sigma-AldrichA5316
β-tubulin抗体(T8328)SigmaT8328
DOCK180抗体(1:1000;D9820)Sigma-AldrichD9820
ACADL抗体(1:1000;#SAB2100020)SigmaSAB2100020
TECPR1抗体(1:1000;#AP7391b-ev)AbgentAP7391b-ev
Atg12抗体(1:1000;#A8731)SigmaA8731
Sox9抗体(1:1000;cat#AB5535)MilliporeAB5535
GAPDH抗体(1:25,000;Cat #G9295)SigmaG9295
LC3B抗体(1:3000;L7543)SigmaL7543
DOCK180抗体(1:1000;#MA5-15010)Thermo ScientificMA5-15010
Becn1抗体(1:1000;SC-11427)Santa CruzSC-11427
Ago2抗体(1:200;Cat #018-22021)Wako Chemicals018-22021
RAB5抗体(1:1000;cat #2143)Cell Signaling Technology2143
RAB7抗体(1:1000;cat#9367)Cell Signaling Technology9367
Rubicon抗体(1:1000;cat#8465)Cell Signaling Technology8465
LC3A/B抗体(1:2000;cat #12741)Cell Signaling Technology12741
cleaved caspase 3抗体(1:200;cat #9661)Cell Signaling Technology9661
Atg12抗体(1:1000;cat #418)Cell Signaling Technology418
pMIR-REPORT载体Life Technologies--
miR-471-5p模拟物Invitrogen--
scramble miRNAInvitrogen--
MAP1LC3B质粒(cat #MG200654)OrigeneMG200654
ELMO1质粒(cat #MR206637)OrigeneMR206637
EZ-Link NHS-LC-Biotin生物素示踪剂(Cat#21336)Thermo Scientific21336
FITC标记链霉亲和素(1:200;cat #1001)Invitrogen1001
pHrodo Red染料(cat. #P36600)Life TechnologiesP36600
巴弗洛霉素A1(Sigma #B1793)SigmaB1793

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
Sertoli细胞特异性miR-471-5p转基因小鼠构建
转基因构建体(Rhox5 Pp驱动miR-471-5p-BGH polyA)、小鼠品系(B6D2F1)、原核注射和PCR基因分型方法、转基因品系表达水平验证
阅读提示:Methods 'Generation of miR-471-5p transgenic mice'及Fig. 1a-c
生育力与生殖表型分析
mating年龄(2月龄)、每组n=10、精子计数方法、TUNEL和cleaved caspase 3检测、BTB生物素示踪剂注射后30分钟取材
阅读提示:Methods 'Animals and reproductive phenotype analyses'及Fig. 1d-l, Fig. 2a-b
体外吞噬实验
Sertoli细胞类型(TM4、15P1或原代)、转染试剂和时长(48小时)、pHrodo标记凋亡生殖细胞、共孵育3小时、bafilomycin A1浓度(10-100 nM,图中20 nM)、流式细胞术或荧光显微镜检测
阅读提示:Methods 'Phagocytosis assay'及Fig. 3
LAP检测与吞噬体分析
吞噬体分离方法(protein A磁珠、蔗糖/咪唑缓冲液)、digitomin处理15分钟、LC3B抗体染色、lysotracker预加载和计数细胞数(25细胞/实验,n=3)
阅读提示:Methods 'Phagosome isolation'及Fig. 4
雄激素调控实验
flutamide-acyline处理方案、睾酮补充方案、charcoal-stripped medium培养48小时、miR-471-5p antagomiR转染、Western blot检测靶蛋白
阅读提示:Methods 'Sertoli cell culture and Sertoli cell lines'及Fig. 6, Supplementary Fig. 11