关键词:
NLRP3炎症小体
USP5
MARCH7
自噬-溶酶体途径
去泛素化酶
摘要:
研究表明,核苷酸结合寡聚结构样蛋白3(NLR family pyrin domain containing 3,NLRP3)炎症小体(Inflammasome)介导的炎症可在糖尿病、神经退行性疾病和心血管疾病等各种高度流行的人类疾病中加重,因此需要严格控制其激活。尽管NLRP3炎症小体信号参与了多种疾病的病理过程,但目前对其信号转导机制的生化和分子基础还知之甚少。蛋白质翻译后修饰(Post-translational modifications,PTMs)尤其是泛素化修饰(Ubiquitination)是调节炎症小体激活的关键分子开关,但目前关于泛素化修饰的研究较少,且其在炎症小体激活调控中的具体机制仍不明确。近年来,人们越来越清楚地认识到泛素系统在NLRP3炎症小体激活进程中的重要作用。蛋白质泛素化的动态平衡主要依靠E3泛素连接酶(E3 ubiquitinligase)及去泛素化酶(Deubiquitinases,DUBs)来实现。E3泛素连接酶可将泛素转移至底物蛋白,而DUBs可以从底物蛋白中切割泛素链,并处理泛素前体,以维持蛋白表达的动态平衡。E3泛素连接酶可通过蛋白酶体或自噬-溶酶体途径调控NLRP3的表达,与此同时,虽然已经报道了一些DUBs可以通过蛋白酶体途径调控NLRP3的表达,但DUBs是否可以通过自噬-溶酶体途径调控NLRP3的表达,仍鲜有报道。本研究中,我们通过筛选发现了 DUBs成员USP5(Ubiquitin specific peptidase 5)具有明确的溶酶体定位,鉴于NLRP3在炎症小体激活后可转移至自噬体和溶酶体,我们推测USP5可能参与NLRP3的自噬降解。为探讨USP5是否参与到NLRP3炎症小体通路的激活,我们首先使用脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)及白细胞介素1β(Interleukin-1β,IL-1β)刺激小鼠腹腔巨噬细胞(Peritoneal macrophages,PMs),结果显示,在LPS及IL-1β刺激后,USP5的mRNA及蛋白表达被明显诱导。NLRP3炎症小体主要由NLRP3,凋亡相关斑点样蛋白(Apoptosis associated speck-likeproteincontaining a CARD,ASC)及半胱氨酸氨基转移酶-1(Caspase-1)组成,其激活可分为两个阶段,第一阶段核因子-kappaB(NF-κB)通路被激活并释放肿瘤坏死因子α(Tumornecrosis factor,TNFα)及白细胞介素 6(Interleukin-6,IL-6);第二阶段前体IL-1β被切割,并释放成熟的IL-1β。为进一步明确USP5在该通路中的功能,我们合成了Usp5的小干扰RNA,并用各种炎症小体激活剂刺激PMs,检测TNFα,IL-6及IL-1β的分泌。结果表明,Usp5敲低后,加入黑色素瘤缺乏因子2(Absent in melanoma 2,AIM2)及包含 CARD 结构域的 NLR 家族成员蛋白 4(NLR-family CARD-containing protein 4,NLRC4)炎症小体激活剂刺激后,TNFα,IL-6及IL-1β的分泌均没有明显变化;而加入NLRP3炎症小体激活剂刺激后,TNFα及IL-6的分泌量虽无明显变化,IL-1β的分泌量却明显升高。以上结果说明,敲低Usp5可特异性促进NLRP3炎症小体第二阶段的激活。为探究USP5的靶分子,我们进行了免疫共沉淀(Co-immunoprecipitation,Co-IP)及免疫荧光(Immunofluorescence)实验,结果表明USP5仅与NLRP3有特异性的结合及共定位。为寻找两者相互作用的结构域,我们构建了一系列截断体质粒,并检测到USP5的USP结构域与NLRP3的PYD结构域有明显的结合作用。紧接着,我们检测了USP5对NLRP3蛋白稳定性的影响。首先,外源过表达及慢病毒感染实验均证明USP5可特异性降解NLRP3蛋白,而对ASC,Caspase-1,NLRC4及AIM2蛋白的表达无明显影响。此外,我们在小鼠PMs中转染了Usp5的小干扰RNA,结果表明,Usp5敲低后,内源NLRP3蛋白的表达明显升高。综上结果表明,USP5可靶向NLRP3并促进其降解。为进一步探究USP5通过何种途径降解NLRP3,我们分别使用了蛋白酶体途径及自噬-溶酶体途径的抑制剂处理细胞。结果表明,只有自噬抑制剂才能拯救USP5对NLRP3的降解。此外,ATG5是经典自噬途径的关键基因,在ATG5敲除的HEK293T细胞中,USP5对NLRP3的降解也受到明显抑制。同时,我们发现炎症小体激活后,在自噬体和溶酶体中均检测到了 NLRP3和USP5的共定位。综上结果,USP5通