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NAT COMMUN | 挖掘致病新机制!泛素化组等多组学联合为“沉默”的疾病发声

2019-01-21
中科新生命
3327

非酒精性肝病(NAFLD)是一种世界流行的慢性疾病,近年来,我国的发病率呈上升趋势,而且NAFLD发病率的上升与超重和肥胖人数的增加是同时发生的。此外,NAFLD真正可怕的是其通常没有任何症状,直到难以靠如锻炼和改善饮食这类手段改变逆转,才会出现症状,因此,NAFLD可谓是沉默的疾病。

为了阐明非酒精性肝病的致病机制,来自中科院上海药物所与复旦大学中山的研究团队在Nature Communications(IF 12.353)上发文,该文利用泛素化修饰组、蛋白组、蛋白互作组,最终筛选了去泛素化酶USP14的底物蛋白脂肪酸合成酶FASN,并揭示了其在脂肪肝发生发展中的重要新机制。

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组学实验路线

图1实验流程

图1 蛋白组、泛素化组、相互作用组联合实验流程

实验结果

1. USP14表达上调是肝脏脂肪变性的保守特征。

为了阐明非酒精性肝病的致病机制,研究人员前期取样肥胖小鼠肝脏组织、非酒精性脂肪性肝病的病人肝组织,均发现去泛素化酶USP14表达显著上调,提示USP14表达上调是肝脏脂肪变性的一个保守的特征。

图2

图2 肥胖小鼠及NAFLD病人肝脏中USP14表达显著上调

2. 组学分析揭示FASN是USP14的底物蛋白

为了系统找到USP14的致病机制,研究人员将泛素化组、蛋白组学、蛋白质互作组结合,筛选USP14的底物蛋白。筛选结果发现,三个组学均鉴定到的蛋白有两个。

图3

图3 USP14的底物蛋白筛选

图4

图4 USP14敲除后,脂肪酸与三羧酸循环代谢通路的差异变化

后续,结合验证分析,研究人员成功锁定了去泛素化酶USP14的特异性底物---脂肪酸合成酶(FASN)。研究发现,USP14通过调控FASN泛素化水平影响其稳定性(图5)。

图5

图5  USP14与FASN相互作用,USP14调控FASN泛素化水平并影响其稳定性

3. USP14在脂肪肝发生发展中发生重要作用

最终,通过对小鼠中的USP14过表达和敲低实验,研究发现,过表达USP14促进肝脏脂肪变性,USP14敲低则改善了肥胖小鼠肝脏脂肪变性,其中FASN部分介导了USP14对肝脏TG代谢的调控作用。

图6

图6 USP14过表达促进肝脏脂肪变性

图7

图7 USP14敲低改善肥胖小鼠肝脏脂肪变性

结论:

该研究揭示了USP14在脂肪肝发生发展中的重要新机制,并提示其作为治疗脂肪肝和相关代谢性疾病的潜在药物靶标。  

中科新生命                

小编总结

近年来,利用修饰组学寻找疾病致病新机制已经逐步成为了重要手段之一。本文把前沿的互作组学与修饰组学结合,同时发现了许多重要而关键的蛋白,验证机制,再利用过表达、敲减等实验,证明关键蛋白的重要功能。这样的研究思路充分显示了修饰组学对于介导新机制发现的重要性。

值得一提的是,将修饰组的差异修饰蛋白配合互作组学的数据进行分析,不仅缩小了筛选靶蛋白验证的范围,而且降低了验证风险,增加了验证可靠性和意义。该文与【修饰专栏】Nature重磅|磷酸化组揭示寨卡病毒致大脑病变机制文中,利用磷酸化修饰配合互作组学发现寨卡病毒致病新机制的文章有异曲同工之妙,均是发表高分文章值得借鉴的思路。