康奈尔大学林和宁教授最新Nature

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  • 来源:北京刺客公益

    第一作者:Mingming Zhang; 通讯作者:Hening Lin


    通讯单位:Cornell University


    DOI: 10.1038/s41586-020-2799-2


    背景介绍

    半胱氨酸棕榈酰化(S-棕榈酰化)是一种可逆的翻译后修饰-由棕榈酰转移酶DHHC家族安装,并被几种酰基蛋白硫酯酶逆转。虽然已知有数千种人类蛋白质经历S-棕榈酰化,但这种修饰如何调节以及调节特定的生物功能尚不清楚。


    本文亮点

    1. 本文报道了关键的T辅助细胞17(TH17)细胞分化刺激因子STAT3,在半胱氨酸108上受到可逆的S-棕榈酰化作用的影响。
    2. DHHC7棕榈酰化STAT3并促进其膜募集和磷酸化。酰基蛋白硫酯酶2(APT2,又称LYPLA2)使磷酸化的STAT3(p-STAT3)脱乙酰化,并使其转移到细胞核。这种棕榈酰化-去棕榈酰化周期增强了STAT3的活化,促进了TH17细胞的分化;棕榈酰化或去棕榈酰化的扰动都会对TH17细胞的分化产生负面影响。


    3. TH17细胞过度激活与多种炎症性疾病有关,包括炎症性肠病(IBD)。在小鼠模型中,对APT2或编码DHHC7的Zdhhc7基因敲除的药物抑制可以减轻IBD的症状。


    4. 本研究不仅揭示了IBD潜在的治疗策略,而且揭示了S-棕榈酰化调控细胞信号传导的模型,该模型可广泛应用于理解多种S-棕榈酰化事件的信号功能。


    图文解析

    图1、DHHC7诱导的棕榈酰化促进STAT3膜转位。
    a、用Flag-STAT3和HA-DHHC7转染HEK293T细胞。用Alk14标记法检测有无羟胺(NH2OH)处理前后STAT3的棕榈酰化水平。


    b、左图:利用共聚焦成像分析野生型和DHHC7基因敲除HEK293T中内源性STAT3和JAK2的亚细胞定位。右图,利用皮尔逊相关系数来量化STAT3和JAK2的共域化。


    c、左图:外源性表达DHHC7的DHHC7敲除HEK293T细胞中EGFP STAT3和EGFP STAT3(C108S)的亚细胞定位。右图,DHHC7阳性细胞中STAT3从细胞核转移到质膜和内膜的百分比。


    d、野生型和DHHC7基因敲除的HEK293T细胞转染Flag STAT3并用Alk14标记。进行亚细胞分离并调整STAT3蛋白水平,以确保用于凝胶的野生型和敲除细胞组分中有等量的STAT3。


    图2 APT2是STAT3的一种去氨酰化酶,棕榈酰化脱乙酰化促进p-STAT3核定位。
    a、C108是STAT3的主要棕榈酰化位点。用HA-DHHC7和Flag-STAT3(野生型或突变体)转染HEK293T细胞,并用Alk14标记。将STAT3下调,进行Alk14标记和免疫印迹分析。


    b、左边,STAT3和p-STAT3的野生型或C108S突变体在重组DHHC7或DHHS7的HEK293T细胞亚细胞组分中的分布。右边,量化p-STAT3相对水平。


    c、将不同EGFP-STAT3结构和HA标记的DHHC7转染到DHHC7基因敲除的HEK293T细胞后,用共聚焦成像技术分析STAT3和p-STAT3的亚细胞定位。


    d、在HEK293T细胞中,野生型APT2的过度表达而不是C2S或S122A突变体的过度表达降低了Alk14标记的Flag STAT3的棕榈酰化水平。


    e、与Y705F突变体相比,APT2优先去乙酰化野生型STAT3。用质粒转染DHHC7基因敲除HEK293T细胞,并用Alk14标记。通过凝胶内荧光(左)和定量(右)测定STAT3的棕榈酰化。


    f、APT2抑制或敲除可增加STAT3的棕榈酰化。用HA-DHHC7和Flag-STAT3重新导入DHHC7基因敲除的HEK293T细胞,用LYPLA2小干扰RNA或20μM ML349处理36h后进行Alk14标记和凝胶内荧光检测。


    g、左边,STAT3和p-STAT3在APT2敲除HEK293T细胞不同亚细胞组分中的分布。右边,STAT3和p-STAT3水平的量化。h、左图:使用或不使用1μM JAK2抑制剂fedratinib处理或不处理,STAT3和p-STAT3在DHHC7过度表达的HEK293T细胞亚细胞组分中的分布。右图, STAT3水平的量化。


    图3 STAT3棕榈酰化-脱棕榈酰化周期促进TH17细胞分化
    a、DHHC7促进小鼠脾细胞野生型STAT3的磷酸化,但不促进C108S突变体的磷酸化。左,STAT3和p-STAT3印迹;右,相对p-STAT3水平的量化。


    b、用流式细胞仪检测a组脾细胞中TH17细胞的分化程度。


    c、APT2抑制以剂量依赖性的方式降低TH17细胞的分化。用细胞因子治疗鸡尾酒(3 ng mL-1 TGF-β,40 ng ng mL-1IL-6,30 ng ng mL-1 IL-23,20 ng ng mL-1 TNF和10 ng ng mL-1IL-1β)和不同浓度的ML349处理小鼠脾细胞4天,然后用流式细胞仪收集和分析CD4-和IL-17阳性细胞。


    d、脾细胞中DHHC7基因敲除抑制TH17细胞分化。用细胞因子混合物处理野生型和DHHC7基因敲除小鼠脾细胞4天,诱导分化,收集细胞,用流式细胞仪检测CD4和IL-17阳性细胞。


    e、左边,野生型和DHHC7敲除脾细胞的STAT3和p-STAT3印迹。右边,p-STAT3相对水平的量化。


    图4、STAT3棕榈酰化-去钙酰化循环加重结肠炎。
    a-b,从26例健康人、24例克罗恩病和10例溃疡性结肠炎中提取人PBMCs。用qPCR分析LYPLA2和ZDHHC7的mRNA水平。用western印迹法定量p-STAT3的相对水平。c-d、34例IBD患者il-17a(c)或p-STAT3(d)与指示基因mRNA水平的相关性。e-f、C57BL/6J小鼠在饮用水中随意注射2.5%DSS,在DSS治疗开始当天每日腹腔注射ML349。评估体重变化(e)和脾脏TH17细胞水平(f)。g、 用2.5%DSS处理 h、野生型和DHHC7基因敲除小鼠。评估体重变化(g)和脾脏TH17细胞水平(h)。i、棕榈酰化-去棕榈酰化循环调节STAT3的模型。DHHC7对STAT3的棕榈酰化促进STAT3的膜募集和磷酸化。APT2通过选择性地去棕榈酰化p-STAT3而促进p-STAT3的核转位。棕榈酰化-去棕榈酰化循环驱动STAT3的膜定位和磷酸化,以及p-STAT3的核转运。相对于STAT3,APT2对p-STAT3的优先选择确保了循环的方向。



    原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2799-2#article-info


    作者介绍

    林和宁教授,1994年考入清华大学化学系,1998年赴哥伦比亚大学攻读博士学位,2003年起在哈佛大学医学院从事博士后研究。2006年进入美国名校康奈尔大学化学与化学生物学系,是学校最年轻的终身教授。主要从事蛋白翻译后修饰、CD38的生物活性、新型蛋白质修饰在癌症里的作用等化学与化学生物领域世界前沿科学研究。现已在Nature、Nature Chemical Biology、PNAS、Cancer Cell等期刊上发表学术论文50余篇,承担美国国家健康研究所、美国国家能源部等部门课题9项,申请专利4项。