UPR信號通路在SW誘導的ERS和自噬中的作用研究

文章標題：Endoplasmic reticulum stress regulates swainsonine-induced the autophagy in renal tubular epithelial cells through UPR signaling pathway
發(fā)表期刊：Science of the Total Environment，IF 8.0
合作客戶：西北農(nóng)林科技大學路浩團隊
維真助力：自噬雙標腺病毒
感染細胞：原代大鼠腎小管上皮細胞（RTECs）
病毒產(chǎn)品：Ad-mcherry-GFP-LC3
MOI：30
感染時間：4h

研究背景
瘋草（Locoweed）是一種有毒植物，苦馬豆素（SW）是瘋草的主要毒性成分，可誘導放牧牲畜產(chǎn)生毒性反應。苦馬豆素誘導的毒性癥狀包括頭部震顫、共濟失調(diào)和肢體癱瘓，毒性機制仍有待研究。未折疊蛋白反應（UPR）通過減少蛋白質(zhì)合成和促進錯誤折疊蛋白質(zhì)的降解，在緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激（ERS）中起著關(guān)鍵作用。ERS與UPR和自噬激活密切相關(guān)，然而，UPR信號通路在SW誘導的ERS和自噬中的作用尚不清楚。

研究結(jié)果
1、SW誘導RTECs的ERS和UPR
作者研究發(fā)現(xiàn)SW誘導小鼠腎臟中的ERS、UPR和自噬，并可能通過觸發(fā)ERS、UPR和自噬共同導致腎臟損傷。進一步分離大鼠原代RTECs，并用遞增濃度的SW處理12h，發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)空泡形成呈劑量依賴性增加，并且空泡數(shù)量呈時間依賴式增加。為了研究SW對ERS和UPR的影響，RTECs用SW處理12小時。WB分析顯示，與對照組相比，XBP1s、CHOP、GRP78、ATF6、p-IRE1α/IRE1α、p-eIF2α/eIF2α和p-PERK/PERK的蛋白表達水平以劑量依賴的方式顯著增加。同樣，Xbp1s、Chop、Ggp78、Atf6、Ire1α、Eif2α和Perk的mRNA水平也顯示出顯著的劑量依賴性增加。免疫熒光分析表明，綠色熒光強度隨著SW濃度的升高而逐漸增加，表明GRP78、XBP1s和ATF4蛋白的表達上調(diào)。這些發(fā)現(xiàn)表明，SW誘導RTEC中ERS和UPR的激活。進一步研究發(fā)現(xiàn)SW以時間依賴的方式誘導ERS并激活UPR。

2、SW在原代大鼠RTECs中誘導自噬同時損害其進展
由于細胞空泡化與自噬有關(guān)，作者研究了SW對自噬的影響。結(jié)果表明，自噬相關(guān)蛋白LC3-II、p62和ATG5的相對表達水平以SW劑量依賴和時間依賴的方式增加。Ad-GFP-mCherry-LC3自噬雙熒光標記顯示，綠色和紅色熒光的強度隨著SW劑量的增加和持續(xù)時間的延長而增加。此外，黃色熒光（表示融合熒光）的強度也隨著劑量和時間的增加而增加，表明SW會損害自噬通量，表明SW在RTEC中誘導自噬，同時阻斷自噬通量。作者進一步研究PERK、IRE1α和ATF6 三種UPR信號通路對自噬的調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)：PERK通路通過調(diào)節(jié)自噬相關(guān)基因的表達和增強自噬降解來調(diào)節(jié)SW誘導的自噬；IRE1α通路可能通過JNK和XBP1信號通路調(diào)節(jié)SW誘導的自噬；ATF6可能通過直接調(diào)節(jié)自噬相關(guān)基因的表達來調(diào)節(jié)SW誘導的自噬。

小結(jié)
本研究首次闡明了SW在RTECs中誘導的ERS激活UPR，并且闡明了ERS介導的UPR通路調(diào)節(jié)SW誘導的自噬的分子機制。在RTECs細胞培養(yǎng)模型中，PERK和ATF6主要通過調(diào)節(jié)自噬相關(guān)基因的表達來調(diào)節(jié)自噬；同時IRE1α可能通過兩種不同的機制調(diào)節(jié)自噬：通過IRE1α-XBP1通路調(diào)節(jié)自噬相關(guān)基因的表達，以及通過IRE1β-JNK信號通路直接調(diào)節(jié)自噬過程。本研究結(jié)果不僅加深了對SW毒理學機制的理解，也為預防和控制瘋草中毒提供了理論依據(jù)。