研究Parthanatos细胞死亡,这篇AS思路清晰,太值得学习了!

学术   2025-01-03 17:06   上海  

先前视频号上介绍了细胞的Parthanatos死亡方式:


Parthanatos是一种特殊的程序性细胞死亡方式,主要特征是PARP-1的激活和DNA损伤。这种死亡方式不依赖于Caspase,与凋亡和坏死有明显区别。在Parthanatos过程中,PARP-1的过度激活导致NAD+的大量消耗,进而影响线粒体功能,导致能量代谢障碍。同时,PARP-1激活还会导致PAR的积累,进一步影响细胞功能凋亡诱导因子(AIF)从线粒体释放并转移到细胞核,与巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)结合,导致DNA大片段化,最终导致细胞死亡。

今天我们介绍一项中山大学附属第一医院张盛洪团队发表在Advanced Science期刊上的研究:Stanniocalcin‐1 Promotes PARP1‐Dependent Cell Death via JNK Activation in Colitis 肠炎中,STC1通过JNK活化促进PARP1依赖的细胞死亡

克罗恩病(Crohn's disease, CD)是一种慢性胃肠道炎症性疾病,其病因复杂,涉及遗传、环境因素和微生物群的相互作用,导致过度的粘膜免疫反应和胃肠上皮屏障损伤。研究聚焦于克罗恩病(CD)(研究疾病)的发病机制,特别是Stanniocalcin-1STC1关键基因在结肠炎症中的作用及其调控的细胞死亡方式——Parthanatos细胞表型热点)。研究显示STC1CD患者和化学诱导的结肠炎小鼠模型中表达增加,且与PARP1相互作用,通过激活JNK途径加剧氧化应激相关的炎症和Parthanatos主要发现1);研究还发现,STC1缺乏的小鼠对DSS诱导的结肠炎有抵抗力,表现出较低的疾病严重程度(主要发现2)。此外,通过腺相关病毒恢复STC1PARP1的表达可以加剧DSS诱导的结肠炎(主要发现3)。因此,STC1通过PARP1-JNK轴介导氧化应激相关的Parthanatos,并可能成为治疗结肠炎的潜在靶点。

下面我们看一下研究工作。

首先为了确定STC1在克罗恩病(CD)中的表达,研究团队通过转录组测序检测了CD患者和健康对照者结肠粘膜中STC1 mRNA的表达水平,发现CD患者结肠粘膜中STC1 mRNA表达显著增加;此外,通过免疫荧光染色发现STC1CD患者的上皮细胞中表达上调。

接下来分别从动物模型和细胞实验研究STC1在克罗恩病(CD)中的作用,结果发现:Stc1缺乏减轻DSS诱导的急性小鼠结肠炎(动物),而在细胞水平STC1加剧Parthanatos并加重炎症反应。

具体看一下:研究团队在STC1基因敲除(Stc1INT-KO)小鼠的DSS诱导结肠炎中,检测了体重变化、结肠长度、疾病活动指数(DAI)、组织学评分和γH2AX水平等指标;发现STC1基因敲除(Stc1INT-KO)小鼠对DSS诱导的结肠炎表现出抵抗力,并且疾病严重程度较低。

进一步通过H2O2刺激诱导细胞氧化应激,并检测了细胞死亡、促炎细胞因子表达、γH2AX水平和PAR合成等指标,发现STC1过表达细胞中Parthanatos程度和促炎细胞因子表达增加,而STC1敲除细胞中Parthanatos程度降低:

小结:上面这一部分证明了STC1在克罗恩病(CD)中高表达并促进炎症和Parthanatos

在明确功能后,下面就是鉴定STC1的靶点,因此首先对STC1进行免疫共沉淀,并通过蛋白组学分析筛选到PARP1,接下来通过共定位、His pulldown等实验证明了STC1PARP1的结合,STC1PARP1结合后对PARP1有什么影响呢?研究发现STC1可能通过蛋白泛素化的方式提高了PARP1的蛋白稳定性和表达量:

接下来要考虑的问题是:PARP1如何发挥功能?研究报道PARP1JNK结合,所以研究团队接着验证PARP1JNK的结合以及对JNK通路的活化作用,方法与STC1PARP1很像,也是蛋白共定位、His pulldown等:

接下来,PARP1可导致JNK通路活化,进而通过两种方式发挥功能:1是导致DNA片段化,而是JNK介导ATF2的磷酸化并促进IL6等炎症因子的分泌(进一步导致细胞死亡)

小结:上面这一部分证明了STC1通过与PARP1结合激活JNK通路

下面,研究团队通过两种策略验证STC1PARP1在结肠炎和细胞Parthanatos中的作用。首先对STC1过表达细胞进行了PARP1抑制剂和JNK抑制剂的预处理,并检测了细胞死亡、DSB频率、AIF核转位和促炎细胞因子表达等指标,发现抑制PARP1JNK能够减轻H2O2诱导的细胞死亡和炎症反应,表明靶向PARP1JNK可能具有治疗潜力。

最后,为了验证恢复STC1PARP1表达对DSS诱导的小鼠结肠炎的影响,研究团队通过AAV恢复STC1PARP1的表达,并检测了体重变化、结肠长度、DAI评分、组织学评分、γH2AXPAR水平以及促炎细胞因子表达等指标;发现恢复STC1PARP1加剧了DSS诱导的小鼠结肠炎,进一步证实了STC1PARP1在结肠炎发展中的重要作用,并支持了靶向STC1PARP1作为治疗结肠炎的潜在策略。

这样文章大致的内容就介绍完了,我们最后简单总结一下:

研究从STC1的发现和验证出发,首先发现STC1表达升高,接下来就是验证STC1在动物和细胞的功能,其中STC1是做了条件性敲除小鼠,而细胞功能落脚点在Parthanatos和炎症的指标;有了功能和临床相关性以后,就是机制探索,文章里面用的方法非常经典,即通过免疫共沉淀+质谱筛选潜在靶点,进而通过蛋白共定位、His-pulldown等方法进行验证,这样就建立起了STC1PARP1的联系;接下来,既然STC1PARP1蛋白结合,对PARP1有什么影响呢?实验发现STC1可增加PARP1的蛋白稳定性,并且可能与蛋白泛素化降解有关,PARP1以后进一步发现PARP1可导致JNK通路活化,进而通过两种方式发挥功能:1是导致DNA片段化,而是JNK介导ATF2的磷酸化并促进IL6等炎症因子的分泌(进一步导致细胞死亡),最终促进CD的进展;最后就是潜在转化意义上的探索,虽然做的是PARP1JNK抑制剂对细胞功能的改善,以及AAV恢复STC1PARP1后加重结肠炎的作用,是不是做PARP1JNK抑制剂改善结肠炎更能说明转化的意义?


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