circPDE4B-關(guān)節(jié)炎的靶點

欄目:最新研究動態(tài) 發(fā)布時間:2021-07-15
circRNAs已經(jīng)成為重要的生物調(diào)節(jié)因子。在本研究中,作者旨在闡明circPDE4B的作用,據(jù)報道,該circRNAs在骨關(guān)節(jié)炎(OA)組織中下調(diào)......


  circRNAs已經(jīng)成為重要的生物調(diào)節(jié)因子。小編今天給大家?guī)?/span>20215月發(fā)表于影響因子為16.102Ann Rheum Dis雜志上題為"circPDE4B prevents articular cartilage degeneration and promotes repair by acting as a scaffold for RIC8A and MID1"的文章。在本研究中,作者旨在闡明circPDE4B的作用,據(jù)報道,該circRNAs在骨關(guān)節(jié)炎(OA)組織中下調(diào)。我們體外研究了circPDE4B在人和小鼠軟骨細(xì)胞中的作用。通過RNA下拉-質(zhì)譜分析、免疫共沉淀、谷胱甘肽- S-轉(zhuǎn)移酶下拉、RNA免疫共沉淀,驗證了circPDE4BRIC8A)/ MID1復(fù)合物的相互作用。采用小鼠OA模型證實了circPDE4B在體內(nèi)OA發(fā)病機(jī)制中的作用。本研究強(qiáng)調(diào)了circPDE4B-RIC8A軸在OA關(guān)節(jié)中的功能及其對MAPK-p38的調(diào)控,提示這一軸可能是OA的治療靶點。


 
技術(shù)路線

 

結(jié)果

1circPDE4BOA組織中表達(dá)較低

我們之前對3個臨床OA3個對照樣本的軟骨細(xì)胞核糖體RNA缺失的總RNA進(jìn)行了RNA-seq分析。在數(shù)量最多的50個顯著調(diào)控異常的circRNA中,circPDE4B的表達(dá)水平排名第一。我們評估了每個病例的OA嚴(yán)重程度(1A)。同時,我們進(jìn)行了組織形態(tài)學(xué)和熒光原位雜交實驗,結(jié)果顯示軟骨降解程度增加對應(yīng)軟骨細(xì)胞中circPDE4B的表達(dá)降低(1B)。RT- qPCR檢測到嚴(yán)重OA組織軟骨細(xì)胞中circPDE4B RNA水平下調(diào),而mPDE4B mRNA水平保持相對一致(1C)。綜上所述,circPDE4B的表達(dá)與OA的嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)。

考慮到circPDE4B在人和小鼠之間是保守的,我們也檢測了circPDE4B在人/小鼠軟骨細(xì)胞中的表達(dá),發(fā)現(xiàn)IL-1βTNF-α處理顯著降低了HCs(人)/MCs(鼠)中circPDE4的表達(dá),且呈時間依賴性(1D)。核分離實驗結(jié)合RT- qPCR分析和FISH分析發(fā)現(xiàn),circPDE4B/circPde4b主要位于HCs/MCs的細(xì)胞質(zhì)中(1E、F)。綜上所述,circPDE4BOA中被下調(diào),因此可能參與了OA的進(jìn)展。

我們接下來試圖識別circPDE4B上游調(diào)節(jié)器。我們首先對circPDE4B側(cè)翼序列進(jìn)行RNA pull-down-MS檢測,發(fā)現(xiàn)兩個與RNA剪接相關(guān)的RBP,包括DExH-box helicase 9FUS(1G)。RT-qPCR結(jié)果顯示,FUS敲除后,HCscircPDE4B表達(dá)下調(diào),而pPDE4BmPDE4B沒有明顯變化(1H)。此外,感染兩種FUS shRNA慢病毒只降低了circPDE4B的表達(dá)(1I),而過表達(dá)FUS則上調(diào)了circPDE4B的表達(dá)(1I)。接下來,RIP分析顯示FUS與外顯子相鄰的位點結(jié)合,而其他遠(yuǎn)端位點則可以忽略(1J,K)。我們還尋找了可能的FUS響應(yīng)元素,發(fā)現(xiàn)了兩個可能的motifs,A位于上游,B位于下游。我們進(jìn)一步設(shè)計了兩個短的circPDE4B微基因,包括circPDE4B-scircPDE4B-s-del(1L)。RIP顯示FUScircPDE4B-s之間存在明顯的相互作用,但與circPDE4B-s-del之間沒有相互作用(1M),表明FUS需要周圍內(nèi)含子中的假定位點來結(jié)合。我們接下來在表達(dá)circPDE4B-s/delHCs中敲除FUS,發(fā)現(xiàn)與circPDE4B-del相比,circPDE4B-s顯著減少了FUS敲除的circPDE4B轉(zhuǎn)錄本(1N)。值得注意的是,在HCsFUSTNF-α下調(diào)(1O)。綜上所述,在OAcircPDE4B的下調(diào)至少部分是由FUS的抑制引起的。


 


2
circPDE4B調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞活力和ECM代謝

為了評估circPDE4BECM代謝中的作用,我們分別用三種circPDE4B siRNA轉(zhuǎn)染HCs(2A)。我們使用CCK-8方法評估了circPDE4B對軟骨細(xì)胞活力的影響。結(jié)果顯示,敲低circPDE4B的表達(dá)降低了軟骨細(xì)胞的活力(2B)。此外,shRNA腺病毒抑制circPDE4B顯著提高了MMP3MMP13ADAMTS4的表達(dá),而SOX9COL2A1(COL2蛋白)aggrecanHCs/MCs中的表達(dá)下調(diào)(2C和圖2D)。免疫熒光進(jìn)一步證實,circPDE4B敲除影響了HCs/MCsMMP3、MMP13COL2aggrecan水平(2E、F)。同時,HCs的阿爾新藍(lán)染色顯示,circPDE4B抑制導(dǎo)致軟骨細(xì)胞功能障礙,蛋白多糖藍(lán)染較少(2G)。然后通過CCK-8實驗(2H)發(fā)現(xiàn),過表達(dá)circPDE4B增加了軟骨細(xì)胞的活力。在過表達(dá)circPDE4B -HCs中,MMP3、MMP13ADAMTS4mRNA和蛋白水平下調(diào),SOX9COL2A1(COL2蛋白)aggrecanmRNA和蛋白水平上調(diào)(2I-L)。此外,HCs的阿爾新藍(lán)染色表明,與單獨IL-1β治療相比,circPDE4B過表達(dá)和IL-1β共處理減少了軟骨破壞(2M)。這些數(shù)據(jù)表明,circPDE4B/ circPde4bHCs中可以促進(jìn)細(xì)胞活力,抑制分解代謝作用。

    


3
RIC8AcircPDE4B相互作用,參與OA

為了鑒別與circPDE4B相互作用的蛋白,我們采用RPD-MS(3A),共鑒定出112個與circPDE4B相互作用的蛋白(3B),確定了RIC8A。HCs中的RNA-蛋白共定位也證實了RIC8AcircPDE4B之間的相互作用(3C)RPD實驗表明,體外線性轉(zhuǎn)錄的circPDE4B能夠拉下重組RIC8A(3D)。然后,我們使用catRAPID工具預(yù)測circPDE4BRIC8A的相互作用區(qū)域(3E)。為了識別預(yù)測的結(jié)合位點,我們將FL circPDE4B截短為3個片段。根據(jù)預(yù)測,RIP結(jié)果顯示只有FLS3RIC8A拉下(3F)。有綜合來看,這些結(jié)果表明circPDE4BHCs中與RIC8A相互作用。我們進(jìn)一步的研究表明,circPDE4B調(diào)控RIC8A蛋白水平,而不是mRNA水平或穩(wěn)定性(3G-I)。我們還阻斷了RIC8A蛋白的合成,并觀察到sh-陰性對照(NC)sh-circPDE4B HCs之間的RIC8A蛋白半衰期有明顯差異(3J),說明circPDE4B降低了RIC8A蛋白的穩(wěn)定性。經(jīng)PS341處理后,RIC8AcircPDE4B過表達(dá)和下調(diào)細(xì)胞中均未發(fā)生變化(3K,L),表明circPDE4B通過蛋白酶體活性調(diào)節(jié)RIC8A。無論內(nèi)源性還是外源性RIC8A, RIC8A的多泛素化在circPDE4B耗盡后均下降,在過表達(dá)circPDE4B后則上升(3O)。綜上所述,circPDE4B翻譯后影響蛋白酶體介導(dǎo)的RIC8A的降解和周轉(zhuǎn)。


 

 

4circPDE4B促進(jìn)了RIC8AMID1之間的三元配合物的形成,促進(jìn)了RIC8A的降解

我們試圖鑒定參與RIC8A蛋白酶體降解的E3連接酶。有趣的是,MS結(jié)果顯示circPDE4B也結(jié)合了兩個E3連接酶,包括RNF2MID1。然而,由于RNF2定位于細(xì)胞核內(nèi),我們選擇MID1進(jìn)行進(jìn)一步研究。實際上,通過免疫沉淀分析,MID1被發(fā)現(xiàn)與RIC8A結(jié)合(4A)。RIC8AMID1的免疫熒光染色也證實了它們在HCs中共定位(4B)。IP結(jié)果表明,MID1敲低有效地削弱了RIC8AMID1過表達(dá)的泛素化作用,增加了RIC8A泛素化作用(4C)。Co- IP實驗也顯示,與對照組相比,circPDE4B敲低細(xì)胞中RIC8AMID1的結(jié)合減少,而過表達(dá)circPDE4B則有相反的作用(4D)。此外,circPDE4B不影響MID1水平(4E)。RPD和序列IP分析都顯示circPDE4B促進(jìn)了RIC8AMID1的結(jié)合(4F,G)。與這一發(fā)現(xiàn)相一致的是,體外結(jié)合試驗表明,circPDE4B增加了重組RIC8AMID1蛋白之間的關(guān)聯(lián)(4H)。通過co-IPMID1RIC8AN端調(diào)控域結(jié)合(4I)。此外,我們檢測了RIC8A的功能位點。在HCs中免疫沉淀RIC8A并進(jìn)行MS分析,證實了RIC8A中氨基酸殘基的泛素化(4J)。在RIC8AK143K187中鑒定出10個泛素化位點,并且在人類和小鼠之間并不保守(4J)。因此,我們將保守的RIC8A位點從賴氨酸(K)突變?yōu)榫彼?/span>(R),以排除泛素化。IP結(jié)果表明,與WT相比,K415的取代大大降低了RIC8A的泛素化位點(4K)。有趣的是,K415在哺乳動物中高度保守(4LM)。此外,在K415突變后,circPDE4B過表達(dá)或抑制不再調(diào)節(jié)RIC8A的泛素化水平(4N)。這些結(jié)果表明circPDE4B可以作為促進(jìn)RIC8AMID1之間聯(lián)系的支架。

 

 


5
circPDE4BRIC8A調(diào)控軟骨細(xì)胞中的p38信號通路

為了闡明RIC8A下游的信號通路,我們研究了RIC8A敲低的HCsMAPKsNF-κ BmTOR的磷酸化水平。兩種RIC8A shRNA顯著降低了p38的磷酸化水平(5A)。然后用信號分子抑制劑對HCs進(jìn)行預(yù)處理,包括ERK1/2抑制劑、p38抑制劑和JNK抑制劑,然后是RIC8A過表達(dá)。經(jīng)過p38 MAPK抑制劑預(yù)處理的RIC8A過表達(dá)抑制了OA,然而,ERKJNK抑制劑對其沒有影響(5B)。此外,感染RIC8A shRNA或過表達(dá)腺病毒后,p38 MAPK的磷酸化及其定位發(fā)生了異常調(diào)節(jié)(5C-E)。這些結(jié)果表明,RIC8A在軟骨細(xì)胞中通過p38信號通路發(fā)揮作用。接下來我們研究了circPDE4BOA中調(diào)控p38信號通路中的作用。circPDE4B過表達(dá)降低,而circPDE4B敲低激活p38 MAPK信號,同時p38磷酸化和核轉(zhuǎn)位(5F-H)。然后我們進(jìn)行了拯救試驗。如圖5I-K所示,RIC8A過表達(dá)挽救了過表達(dá)circPDE4B誘導(dǎo)的p38信號通路的下調(diào),而抑制RIC8A挽救了敲除circPDE4B誘導(dǎo)的p38信號通路的激活,以及p38的磷酸化和核易位?;谶@些發(fā)現(xiàn),circPDE4B-RIC8A軸在調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞下游p38 MAPK信號通路中發(fā)揮重要作用。


 

 

6circPde4bRIC8A影響小鼠OA發(fā)病機(jī)制

為了證實上述發(fā)現(xiàn),我們進(jìn)一步評估了circPde4b對小鼠OA的影響。圖6A為四組不同AAV感染后circPde4bRIC8ARNA表達(dá)情況。從軟骨中提取的ECM相關(guān)蛋白的RT-qPCRwestern blot分析也提示在內(nèi)側(cè)半月板不穩(wěn)(DMM)+vector組和DMM+ circPde4b+RIC8A組中OA更嚴(yán)重(6B,C)。Safranin O fast green染色(6D)發(fā)現(xiàn),與SHAM+載體組和DMM+circPde4b+RIC8A組相比,DMM+載體組和DMM+circPde4b+RIC8A組的蛋白多糖明顯丟失,表明circPde4b AAV可以挽救由DMM引起的OA進(jìn)展,而RIC8A AAV可以逆轉(zhuǎn)這種挽救。OARSI分級(6E)進(jìn)一步提示小鼠SHAM+載體和DMM+circPde4b組軟骨降解較少,而DMM+載體和DMM+circPde4b+RIC8A組軟骨降解情況相反。熱板試驗、膝關(guān)節(jié)伸展試驗和電擊刺激跑步機(jī)試驗顯示,DMM+載體組和DMM+circPde4b+RIC8A組的不適和膝關(guān)節(jié)疼痛多于SHAM+載體組和DMM+circPde4b(6F)。小鼠膝關(guān)節(jié)的三維微CT重建顯示,DMM+NC組和DMM+circPde4b+RIC8A組比SHAM+載體和DMM+circPde4b組有更多的骨贅(6G)。此外,四組中RIC8Ap-p38標(biāo)記的免疫組化染色顯示過表達(dá)circPde4b下調(diào)了RIC8Ap-p38的表達(dá),從而抑制了DMM手術(shù)引起的OA進(jìn)展(6H,I)。綜上所述,在小鼠中,circPde4bRIC8A參與了OA的發(fā)病機(jī)制(圖6J)。


 

  

結(jié)論:我們的研究描述了一種新的circRNAOA中的機(jī)制。我們發(fā)現(xiàn)circPDE4B可以作為蛋白質(zhì)降解的支架,在OA的進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。在臨床前動物模型中,CircPDE4B被發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)代謝,阻止軟骨基質(zhì)的形成,證實了其對OA發(fā)生的潛在治療作用。機(jī)制上,circPDE4B可作為促進(jìn)RIC8A-MID1結(jié)合的支架,降低RIC8A依賴的p38信號通路的激活,從而調(diào)節(jié)OA的進(jìn)展。