核糖体蛋白S27a诱导糖自噬介导Apelin-13/APJ系统促单核细胞-血管内皮细胞粘附

来源 :南华大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zjtiankong1981
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血管紧张素受体AT1相关的受体蛋白(putative receptor protein related to the angiotensin receptor AT1, APJ)是1993年首次发现的7次跨膜的G蛋白偶联受体,Apelin(APJ endogenous ligand)为APJ的内源性配体。Apelin分为不同的亚型,其中生物活性最强的为Apelin-13。Apelin/APJ系统广泛表达于人体多种组织和细胞,尤其高表达于血管内皮细胞和平滑肌细胞,并具有多种生物学效应,比如,促进单核细胞与血管内皮细胞的粘附、舒张血管、促进血管新生、促进血管平滑肌增殖和增强心肌收缩力等。鉴此,Apelin/APJ系统可能是抗动脉粥样硬化(atherosclerosis,As)的一个新的药物筛选和治疗靶点。
  As是导致心血管功能稳态失衡的一种慢性炎症过程,已成为危害人类健康的主要疾病之一。众所周知,As早期病变的重要环节是单核细胞向血管内皮细胞粘附。研究发现Apelin/APJ系统可以促进人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)细胞间粘附分子1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)和血管细胞粘附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)的表达。近期,课题组报道自噬途径介导Apelin-13促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附。但是何种自噬途径介导了Apelin-13促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附并不清楚。
  糖自噬是最近发现的一种新型的选择性自噬,是指细胞中的糖原被自噬体包裹并被溶酶体内的酸性α-葡萄糖苷酶(lysosomal acid a-glucosidase,GAA)降解,从而释放葡萄糖的过程。淀粉结合域融合蛋白1(starch-binding domain-containing protein 1,STBD1),为糖自噬的标志蛋白。它含有一个N端Atg8-interaction-motif,通过与自噬体形成的Atg8家族蛋白的相互作用介导膜锚定,以及一个C端CBM20结构域,用于结合糖原和糖原相关蛋白,包括糖原脱支酶(glycogen debranching enzyme,GDE)、糖原合成酶(glycogen synthase, GS)和痫蛋白(Laforin)。自噬相关蛋白γ-氨基丁酸受体结合蛋白1(GABA Type A Receptor Associated Protein Like 1,GABARAPL1)属于Atg8家族成员。最近研究发现,GABARAPL1与STBD1共定位于内质网膜并相互作用,从而将糖原运送至自噬小体,并将糖原降解成葡萄糖。糖自噬在血管新生、迁移和增殖中发挥重要的作用。在糖尿病小鼠模型中,心肌细胞STBD1的表达水平明显上调。而在糖尿病人或小鼠模型中,Apelin的表达水平也明显上升。糖代谢异常可以引起单核细胞与血管内皮细胞的粘附,诱导动脉粥样硬化的发生。基于文献,推测是否糖自噬介导了Apelin-13促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附呢?利用生物信息学分析软件STRING,分析发现STBD1和ICAM-1确实存在蛋白质相互作用。据此,提出糖自噬可能介导Apelin-13促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附的新构想。
  为了寻找Apelin-13促糖自噬的调控机制,利用生物信息分析软件发现核糖体蛋白S27a(ribosomal protein S27a,RPS27a)和STBD1存在蛋白质相互作用,提示RPS27a可能了参与STBD1的调控。文献报道RPS27a具有类泛素化修饰蛋白底物的功能,而STBD1的184位赖氨酸为类泛素化修饰位点。提示RPS27a可能类泛素化修饰STBD1,发挥相应生物学效应。据此提出“RPS27a类泛素化修饰STBD1诱导糖自噬介导Apelin-13促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附”的新假说。
  本研究应用Westernblot、免疫荧光等技术,探讨Apelin-13是否促进人脐静脉内皮细胞糖自噬的发生;明确Apelin-13是否促人脐静脉内皮细胞RPS27a表达,并分析RPS27a是否类泛素化修饰STBD1锚定内质网膜参与糖自噬;分析糖自噬是否介导Apelin-13促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附。课题将揭示RPS27a类泛素化修饰STBD1诱导糖自噬介导Apelin-13/APJ系统促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附的新机制,其有望成为抗As治疗的新靶点。
  第一部分Apelin-13/APJ系统促人脐静脉内皮细胞糖自噬的发生
  目的:探讨Apelin-13/APJ系统是否促人脐静脉内皮细胞糖自噬的发生。
  方法:
  ①1培养人脐静脉内皮细胞,按照实验目的,给予不同浓度的Apelin-13(0、0.001、0.01、0.1、1μmol/L)处理细胞,确定量效关系;0、3、6、12、24小时确定时效关系。Westernblot检测STBD1、GABARAPL1、GAA和GDE在HUVECs中的表达情况;
  ②应用APJ拮抗剂F13A观察Apelin-13对人脐静脉内皮细胞STBD1、GABARAPL1、GAA和GDE表达的影响;
  ③免疫荧光观察细胞内LC3B与STBD1的共定位情况;
  ④糖原定量实验观察Apelin-13对人脐静脉内皮细胞糖原含量的影响;
  ⑤采用透射电镜技术观察人脐静脉内皮细胞在Apelin-13作用下是否能够诱导内质网发生糖自噬。
  结果:Westernblot检测发现Apelin-13呈浓度和时间依赖性的促人脐静脉内皮细胞STBD1、GABARAPL1、GAA和GDE的表达,并且Apelin-13浓度为1μmol/L和作用24h时,蛋白在细胞中的表达最强。APJ拮抗剂F13A减弱Apelin-13促人脐静脉内皮细胞STBD1、GABARAPL1、GAA和GDE的表达。细胞荧光技术证实Apelin-13促LC3B与STBD1的共定位。糖原定量实验发现Apelin-13促人脐静脉内皮细胞糖自噬的发生,降低细胞内糖原含量,而APJ拮抗剂F13A明显升高细胞内糖原含量,抑制Apelin-13促人脐静脉内皮细胞糖自噬的发生。透射电镜技术观察到人脐静脉内皮细胞在Apelin-13作用下内质网发生糖自噬。
  小结:①Apelin-13上调STBD1、GABARAPL1、GAA和GDE蛋白水平;APJ拮抗剂F13A抑制STBD1、GABARAPL1、GAA和GDE蛋白表达。②Apelin-13促进人脐静脉内皮细胞STBD1与LC3B荧光共定位,诱导内质网发生糖自噬,降低细胞内糖原含量。
  第二部分核糖体蛋白S27a类泛素化修饰STBD1锚定内质网膜参与糖自噬
  目的:研究核糖体蛋白S27a(ribosomal protein S27a, RPS27a)参与糖自噬的可能机制。
  方法:
  ①培养人脐静脉内皮细胞,按照实验目的,给予不同浓度的Apelin-13(0、0.001、0.01、0.1、1μmol/L)处理细胞,确定量效关系;0、3、6、12、24小时确定时效关系。Westernblot方法检测RPS27a在HUVECs中的表达情况;
  ②应用APJ拮抗剂F13A,Westernblot方法观察Apelin-13对人脐静脉内皮细胞RPS27a表达的影响;
  ③沉默和过表达RPS27a,观察对其Apelin-13诱导的人脐静脉内皮细胞STBD1、GABARAPL1、Beclin-1和LC3B的表达的影响;
  ④糖原定量实验,观察沉默或高表达RPS27a和STBD1对人脐静脉内皮细胞糖原含量的影响;
  ⑤免疫荧光、激光共聚焦和免疫共沉淀技术检测RPS27a与STBD1的相互作用;
  ⑥透射电镜观察沉默RPS27a对Apelin-13诱导的人脐静脉内皮细胞内质网糖自噬的影响;
  ⑦将STBD1184位K(AAA)换成E(GAA),Westernblot方法检测其对Apelin-13诱导的人脐静脉内皮细胞STBD1、GABARAPL1、Beclin-1和LC3B表达的影响。
  结果:Westernblot检测发现Apelin-13呈浓度和时间依赖性的促HUVECsRPS27a的表达,并且Apelin-13浓度为1μmol/L和作用24h时,蛋白在细胞中的表达最强。APJ拮抗剂F13A减弱Apelin-13促人脐静脉内皮细胞RPS27a的表达。沉默RPS27a能够抑制Apelin-13诱导的人脐静脉内皮细胞STBD1、GABARAPL1、Beclin-1和LC3B的表达;相反,高表达RPS27a促进Apelin-13诱导的人脐静脉内皮细胞STBD1、GABARAPL1、Beclin-1和LC3B的表达。沉默RPS27a或STBD1抑制Apelin-13诱导人脐静脉内皮细胞糖自噬,增加细胞糖原含量;而高表达RPS27a或STBD1促人脐静脉内皮细胞糖自噬,降低细胞糖原含量。细胞荧光和激光共聚焦技术证实Apelin-13促RPS27a与STBD1的共定位,免疫共沉淀实验证实RPS27a与STBD1存在蛋白相互作用。透射电镜技术观察到沉默RPS27a后,Apelin-13诱导人脐静脉内皮细胞内质网糖自噬下降。点突变STBD1184位赖氨酸后,抑制Apelin-13诱导的人脐静脉内皮细胞STBD1、GABARAPL1、Beclin-1和LC3B的表达。
  小结:①Apelin-13诱导人脐静脉内皮细胞RPS27a的表达。②RPS27a类泛素化修饰STBD1锚定内质网膜参与糖自噬。③STBD1K184为RPS27a类泛素化修饰STBD1的重要修饰位点,是STBD1发挥生物学功能的结构基础。
  第三部分RPS27a类泛素化修饰STBD1诱导糖自噬介导Apelin-13/APJ系统促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附
  目的:探讨RPS27a类泛素化修饰STBD1诱导糖自噬是否介导Apelin-13/APJ系统促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附
  方法:
  ①细胞免疫荧光检测Apelin-13/APJ系统是否促粘附分子ICAM-1和VCAM-1的表达;单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附实验检测Apelin-13/APJ系统是否促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附;
  ②沉默RPS27a后,采用Westernblot方法观察其对Apelin-13促粘附分子ICAM-1、VCAM-1的表达的影响;单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附实验检测其对Apelin-13/APJ系统促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附的影响;
  ③过表达RPS27a后,采用Westernblot方法检测其对Apelin-13促粘附分子ICAM-1、VCAM-1的表达的影响;
  ④沉默STBD1后,采用Westernblot方法观察其对Apelin-13促粘附分子ICAM-1、VCAM-1的表达的影响;单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附实验检测其对Apelin-13/APJ系统促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附的影响;
  ⑤过表达STBD1后,采用Westernblot方法观察其对其Apelin-13诱导的人脐静脉内皮细胞ICAM-1、VCAM-1的表达的影响;
  ⑥细胞免疫荧光技术观察siRNA-RPS27a和siRNA-STBD1对Apelin-13促人脐静脉内皮细胞ICAM-1和VCAM-1的表达的影响;
  ⑦将STBD1184K(AAA)换成E(GAA),Westernblot方法检测其对Apelin-13诱导的人脐静脉内皮细胞ICAM-1、VCAM-1表达的影响;单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附实验检测其对Apelin-13/APJ系统促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附的影响。
  结果:Apelin-13/APJ系统促人脐静脉内皮细胞ICAM-1和VCAM-1的表达,促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附。SiRNA-RPS27a和SiRNA-STBD1,均抑制Apelin-13诱导的人脐静脉内皮细胞ICAM-1、VCAM-1的表达,同时抑制Apelin-13/APJ系统促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附。而过表达RPS27a和STBD1均促进Apelin-13诱导的人脐静脉内皮细胞ICAM-1、VCAM-1的表达。点突变STBD1184位赖氨酸后,抑制Apelin-13诱导的人脐静脉内皮细胞ICAM-1、VCAM-1的表达,同时抑制Apelin-13/APJ系统促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附。
  小结:①Apelin-13/APJ系统促人脐静脉内皮细胞ICAM-1和VCAM-1的表达,促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附。②糖自噬介导Apelin-13促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附。③RPS27a类泛素化修饰STBD1介导Apelin-13促单核细胞-人脐静脉内皮细胞的粘附。④STBD1184位赖氨酸是RPS27a类泛素化修饰STBD1的重要位点,是STBD1发挥生物学功能的结构基础。
  结论
  1.Apelin-13上调STBD1和GABARAPL1蛋白水平,促进人脐静脉内皮细胞发生糖自噬。
  2.Apelin-13诱导人脐静脉内皮细胞RPS27a的表达,RPS27a类泛素化修饰STBD1锚定内质网膜参与糖自噬。
  3.RPS27a类泛素化修饰STBD1诱导糖自噬介导Apelin-13促单核细胞-人脐静脉内皮细胞粘附。
  4.STBD1184位赖氨酸是RPS27a类泛素化修饰STBD1的重要位点,是STBD1发挥生物学功能的结构基础。
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