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徐素宏課題組Cell Reports發文揭示氧化還原敏感的CDC-42聚集促進線蟲表皮傷口愈合的機制

來源 :基(ji)礎醫(yi)學系    發布時間 :2021-11-25    瀏覽次數 :274

皮(pi)膚是機體(ti)的(de)保護屏障,能(neng)防止機械損傷(shang)和外部病原(yuan)體(ti)造成(cheng)的(de)損害。有(you)效的(de)傷(shang)口愈合以及保持表皮(pi)完(wan)整性(xing)的(de)能(neng)力對于生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)生(sheng)(sheng)存至關重要。機械損傷(shang)通過相互(hu)關聯的(de)生(sheng)(sheng)化途徑起作(zuo)用,將物(wu)理(li)線索轉化為生(sheng)(sheng)物(wu)反(fan)應,并在調節各種生(sheng)(sheng)物(wu)體(ti)的(de)組織(zhi)修復和再生(sheng)(sheng)中(zhong)發揮關鍵(jian)作(zuo)用。在這(zhe)些生(sheng)(sheng)物(wu)過程中(zhong)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)力依賴于肌(ji)動蛋(dan)白(bai)絲和肌(ji)球蛋(dan)白(bai)馬(ma)達之間的(de)相互(hu)作(zuo)用。Rho家族GTPase酶CDC-42在動物體中(zhong)(zhong)中(zhong)(zhong)調控(kong)肌(ji)動蛋白聚(ju)合中(zhong)(zhong)起(qi)保守作用(yong),并對線蟲基于肌(ji)動蛋白的傷口愈合至關重要,然而滿堂彩APP下載組織(zhi)如何感(gan)知機械損傷并調節肌(ji)動蛋白重塑知之甚少(shao)。對(dui)細胞或組(zu)織損傷(shang)的快速反應對(dui)于隨后傷(shang)口愈合(he)和(he)機體存(cun)活(huo)至關重要(yao)。組(zu)織損傷(shang)會誘導 Ca2+ 和 H2O2 的不依賴轉錄的信號響應,從(cong)而促進傷口修(xiu)復和(he)炎癥細胞遷移。但H2O2 調(diao)節(jie)如何快速調(diao)節(jie)的機(ji)制尚不完全清楚。

2021年11月23日,滿堂彩徐(xu)素宏課題組在(zai)Cell Reports雜(za)志在線發表了題為“Redox-sensitive CDC-42 clustering promotes wound closure in C. elegans”的研究論文(wen)。研究表明H2O2調節 CDC-42 定位(wei)可以創建一個獨特的生物分子(zi)簇,促(cu)進損(sun)傷后上皮細胞傷口(kou)的快速修復

首先,利(li)用CRISPR-Cas9系(xi)統構建轉基因線蟲,用熒(ying)光(guang)標記線蟲內源性CDC-42蛋(dan)(dan)白,針(zhen)刺損(sun)傷(shang)和激光(guang)損(sun)傷(shang)后在(zai)共聚(ju)焦顯(xian)微(wei)鏡下觀察CDC-42蛋(dan)(dan)白的變化,發現(xian)損(sun)傷(shang)后CDC-42能夠在(zai)傷(shang)口周圍以點狀(zhuang)形式發生聚(ju)集。

鑒于損傷使CDC-42在傷口周(zhou)圍發(fa)生局部(bu)聚集性(xing),作(zuo)(zuo)者接下來繼續研究CDC-42聚集性(xing)是否(fou)在肌(ji)動蛋白聚合的(de)傷口愈合中發(fa)揮作(zuo)(zuo)用。發(fa)現(xian)損傷誘導的(de)CDC-42聚集招(zhao)募WSP-1以促進肌(ji)動蛋白聚合的(de)傷口愈合。

接下來(lai),為了(le)確定損傷(shang)如(ru)何在短的時(shi)間(jian)內誘導CDC-42聚(ju)集(ji),作者(zhe)檢測(ce)了(le)早(zao)期創傷(shang)反應信號H2O2,損傷后最初會引起H2O2短暫地爆發性升(sheng)高,隨后下降(jiang)并(bing)低至正常水平,并(bing)且(qie)損傷(shang)誘導的(de)H2O2瞬(shun)間爆發依賴(lai)于雙氧化酶。

為了研究H2O2是(shi)否會(hui)影響損傷后CDC-42聚(ju)集,作者構建了與H2O2合成及分(fen)解相(xiang)關的突變體線蟲(chong),發現低(di)濃度的H2O2促進(jin)CDC-42聚集,而(er)高濃度(du)的H2O2抑制CDC-42聚集,此外低濃(nong)度(du)的H2O2也會(hui)促進肌動蛋白依賴性的傷口愈合(he)速率(lv)。

繼而,為了確(que)定(ding)(ding)損傷是如何(he)誘導CDC-42聚(ju)集的,作(zuo)者研究了該過程(cheng)是否需(xu)要(yao)膜附著(zhu),因為CDC-42聚(ju)集物與膜存在共定(ding)(ding)位。通過遺傳學(xue)手段進(jin)行實(shi)驗驗證最(zui)終發(fa)現,異(yi)戊二烯化介導的(de)(de) CDC-42 膜附著是聚集形成所必需的(de)(de),并且(qie)CDC-42 C端多元區域可促進(jin)CAAX結構域介導的(de)(de)膜附著和聚集。



最后,試(shi)圖確定H2O2如何負性調節損傷(shang)后CDC-42聚集(ji)反應。由于半胱(guang)氨酸(suan)殘基(ji)作(zuo)為細胞(bao)氧化還原狀態的檢測器,這(zhe)種氨基(ji)酸(suan)與ROS反應形成二(er)硫鍵,因此(ci)作(zuo)者突變(bian)了(le)CDC-42中所有半胱(guang)氨酸(suan)殘基(ji),然后(hou)(hou)檢查了(le)損傷后(hou)(hou)聚集情(qing)況。兩個半胱(guang)氨酸突變—Cys18A和Cys105A,顯(xian)示出CDC-42的數量和大小顯(xian)著增加的表型,通過(guo)質譜(pu)、免(mian)疫印跡(ji)分析及遺傳學手段,得(de)出結論:CDC-42可能通過Cys18A和Cys105A這兩個殘基形成(cheng)分(fen)子間(jian)二硫鍵,Cys18和Cys105是H2O2抑制CDC-42聚類所必需的(de),Cys18A和Cys105A突變導致未(wei)損(sun)傷狀態下膜附著增加,導致損(sun)傷后CDC-42聚集增強。


上所述,作(zuo)者利用線蟲(chong)表皮為模型,發現了損傷后(hou)(hou)CDC-42 快速(su)重(zhong)新(xin)定位到質膜上,隨后(hou)(hou)招(zhao)募 WSP-1 觸發肌動(dong)蛋白(bai)聚合(he)以愈合(he)傷口。此外,傷口會導(dao)致(zhi)H2O2局(ju)部瞬時爆發隨后減少,這對 CDC-42 的聚集和(he)傷口愈合起負向(xiang)調節(jie)作用。CDC-42 CAAX 結(jie)構域(yu)介(jie)導的異戊二(er)烯(xi)化和(he)多元區域(yu)介(jie)導的陽離子-磷脂相互作用都(dou)是其(qi)聚集所(suo)必需的。半(ban)胱氨酸殘基形(xing)成分子(zi)間二硫(liu)鍵以減少膜結合,并(bing)且是(shi) H2O2對(dui) CDC-42 聚(ju)集(ji)的負調節所必需(xu)的。

滿堂(tang)彩(cai)博士(shi)生許靜秀,滿(man)堂(tang)(tang)彩(cai)愛(ai)丁(ding)堡大(da)學聯合(he)滿(man)堂(tang)(tang)彩(cai)官網/滿(man)堂(tang)(tang)彩(cai)附屬第二醫院博士后孟曦男(nan)為本(ben)文共同第(di)一作(zuo)者,滿堂(tang)(tang)彩(cai),浙大(da)愛丁堡大(da)學聯合(he)滿堂(tang)(tang)彩(cai)官網,浙大(da)附屬浙二醫院徐素(su)宏教授為本文的通訊作者。該研究得到(dao)了清華(hua)大學(xue)歐光(guang)朔(shuo)教授,滿堂(tang)彩孫啟明(ming)陳偉教授,滿(man)堂彩生(sheng)命科(ke)學研究(jiu)院馬為(wei)銳(rui)教授和加州大(da)學(xue)圣地亞哥分(fen)校(xiao)Andrew Chisholm的大(da)力(li)支(zhi)持。徐素宏實(shi)驗(yan)室項目得到了(le)國家(jia)重(zhong)點研(yan)發(fa)計劃、國家(jia)自然(ran)科學基金委、浙江省自然(ran)科學基金等經費的支持(chi)。


實驗室簡介


徐素(su)宏(hong)教授實驗室主(zhu)要從(cong)事皮膚(fu)損(sun)傷修復和再生、瘢痕形成的分子機制研究。

實驗室近期招聘(pin)博士后1-2名,有從事小(xiao)鼠皮膚(fu)研究和蛋白表達純化的背景者(zhe)(zhe)優先。有意(yi)者(zhe)(zhe)請發送(song)郵件(jian)至shxu@willycon.com


圖(tu)文 | 許(xu)靜秀

編輯 | 郭(guo)靜嫻