项目文章Cell Death Discov | 新疆医科大学关亚群团队揭示RNF40通过泛素化修饰LIMA1促进蛋白降解机制
2024-08-21
中科新生命
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胆固醇是细胞膜的重要结构成分，也是类固醇激素和维生素D的合成前体，它维持着许多生物功能的代谢过程。胆固醇代谢紊乱与多种常见的疾病有关，如糖尿病、动脉粥样硬化和神经退行性疾病。NPC1L1是通过囊泡转运机制促进胆固醇摄取的关键跨膜蛋白，是临床上调节体内胆固醇水平的治疗靶点，如依折麦布可通过抑制NPC1L1降低血液胆固醇水平。分子机制研究表明，LIMA1作为细胞骨架蛋白与NPC1L1相互作用促进胆固醇吸收，破坏LIMA1蛋白稳态损害胆固醇的摄取功能，但维持LIMA1稳定性的详细机制尚不清楚。
2024年7月，新疆医科大学基础医学院关亚群教授联合西安交通大学张义磊教授团队在Nature系列期刊Cell Death Discovery（JCR Q1）发表题为“LIMA1 links the E3 ubiquitin ligase RNF40 to lipid metabolism”研究文章，报道了一种被认为是增加H2B泛素化的表观遗传修饰物E3泛素连接酶RNF40，通过泛素修饰LIMA1促进其依赖蛋白酶体途径的方式降解。RNF40过表达显著降低了细胞的脂质含量，而LIMA1过表达可逆转这一现象。结果提示，RNF40可作为直接促进LIMA1蛋白降解的靶点，从而抑制细胞脂质积累。研究由关亚群教授的博士研究生刘展完成，中科新生命参与了该研究中的蛋白质组学检测等服务相关工作。
研究材料
人肝癌细胞
技术路线
步骤1：LIMA1依赖蛋白酶体途径降解；
步骤2：E3泛素连接酶RNF40依赖蛋白酶体途径促进LIMA1降解；
步骤3：RNF40通过抑制LIMA1调节脂质代谢；
步骤4：多组学分析LIMA1参与脂质代谢的潜在机制。
研究结果
1. LIMA1依赖蛋白酶体途径降解
构建LIMA1不稳定突变体L25I细胞，蛋白合成抑制剂（CHX）处理条件下，发现LIMA1蛋白存在不稳定性(图1 A-C)；抑制蛋白酶体途径（MG132），LIMA1蛋白质降解受到抑制(图1 D)；共转染表达鉴定，LIMA1可发生泛素化修饰(图1 F)。
图1 泛素-蛋白酶体途径调节LIMA1蛋白质稳定性
2. E3泛素连接酶RNF40依赖蛋白酶体途径促进LIMA1降解
利用中科新生命蛋白质谱检测技术，鉴定发现E3泛素连接酶RNF40促进LIMA1蛋白的降解(图2 A-C)；RNF40过表达，抑制LIMA1蛋白降解，反之亦然(图2 D-G)；共转染表达RNF40和LIMA1，发现RNF40可促进LIMA1泛素化修饰(图2 H)；LIMA1与RNF40在细胞内存在相互作用，LIMA1的N端是与RNF40相互作用的必需区域(图3)。
图2 泛素连接酶RNF40促进LIMA1蛋白质的降解
图3 鉴定LIMA1与RNF40相互作用的必需区域
3. RNF40通过抑制LIMA1调节脂质代谢
在成脂诱导条件下，油红O染色发现LIMA1促进了细胞的脂质积累(图4 A-C)；细胞总胆固醇和甘油三酯水平高于对照组细胞，辛伐他汀处理显著降低对照组的总胆固醇和甘油三酯水平(图4 D-E)；并且检测细胞活力发现，LIMA1过表达细胞对辛伐他汀有更强的耐药性(图4 F)；为了确定RNF40是否可通过LIMA1调控脂质代谢，建立RNF40和LIMA1过表达的稳转细胞，结果表明LIMA1促进脂质合成和对辛伐他汀治疗的耐药性，可通过RNF40抑制LIMA1实现负调控(图4 G-J)。
图4 RNF40通过抑制LIMA1调节脂质代谢
4. 多组学分析LIMA1参与脂质代谢的潜在机制
基于RNA-seq和蛋白质组学分析，发现LIMA1可不依赖转录水平调节脂质相关代谢；GO分析显示，LIMA1与细胞骨架、囊泡运输和细胞代谢的酶蛋白有潜在相互作用；由于脂质的合成和转运受细胞骨架和囊泡介导的蛋白质加工控制，研究结果提示，LIMA1可能通过与囊泡转运的蛋白相互作用参与脂质代谢（图5），LIMA1调节脂质代谢作用模式（图6）。
图5 LIMA1过表达细胞脂质代谢相关的多组学分析
图6 RNF40利用E3连接酶活性促进蛋白降解调控脂质代谢模式
小编小结
本文证明了泛素-蛋白酶体途径控制LIMA1蛋白质的稳定性。通过蛋白质质谱技术鉴定并筛选确定RNF40可作为LIMA1的E3泛素连接酶，RNF40以泛素介导的蛋白降解方式降低了LIMA1的稳定性。此外，虽然LIMA1很少影响细胞基因水平的表达，但LIMA1过表达细胞的蛋白组学和脂质组学分析表明，LIMA1可以促进甘油三酯和甘油磷酸酯的积累，不过LIMA1调控脂质代谢的详细机制仍有待进一步研究。
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