文摘
背景/目的。自噬与一些病理条件下,如癌症和神经退行性疾病,它是至关重要的理解其监管信号网络。在这项研究中,我们研究了血清的作用,激素性蛋白激酶1 (SGK1)控制的自噬。方法。测量自噬活动在活的有机体内的丰富,我们量化自噬配合LC3-PE(磷脂酰乙醇胺)和ATG12-ATG5组织提取SGK1野生型(Sgk1+ / +)和淘汰赛(Sgk1−−/)老鼠喂食或渴望24小时之前牺牲。在体外,我们目标是使用GFP-WIPI1表达u - 2侦察机的RNAi SGK1的OS细胞量化的数字显示新形成的自噬小体。同时,这些细胞也评估LC3和ULK1定量免疫印迹。结果。的丰度LC3-PE (LC3-II)和ATG12-ATG5显著增加SGK1的红色肌肉组织基因敲除小鼠。这是发现特别是在美联储条件,表明SGK1可能控制基底自噬在红色的肌肉在活的有机体内。在饥饿条件下,显著差异观察SGK1-deficient白色肌肉组织,在美联储的条件下,也在肝脏。在体外,我们发现SGK1沉默引起显著增加的细胞显示WIPI1-positive自噬小体和autophagosomal LC3 (LC3-II)。此外,自噬流量评估显示,自噬降解显著增加SGK1的缺席,强烈建议SGK1抑制自噬小体的形成和自噬降解在体外。此外,更多的ULK1蛋白质缺乏抑制,TORC1-specific磷酸化丝氨酸758中检测出SGK1的缺失。结论。结合起来,我们的数据强烈支持SGK1抑制自噬的过程。从力学上看,我们的数据表明,SGK1应该ULK1的上游调节自噬,我们假设SGK1有助于ULK1基因表达的调节。
1。介绍
Macroautophagy(称为自噬)是一个异化的途径降解胞质成分,如蛋白质和受损的细胞器。货物是被新形成的双膜囊泡吞噬,称为自噬体与溶酶体融合,货运能力退化。退化的单体被释放到细胞质中回收过程的合成代谢途径。自噬的调节异常往往导致病理条件像癌症和代谢和神经退行性疾病1,2]。
自噬体的形成是由ATG严格监管(autophagy-related)蛋白质2]。在ATG蛋白质,ULK1蛋白对自噬体形成的起始至关重要,与活化蛋白激酶(AMPK)和雷帕霉素复杂的机械的目标1 (mTORC1)、真核细胞的能量和养分传感器。在低能量水平下,AMPK活化,在营养丰富的条件下,mTORC1抑制ULK1和自噬3,4]。磷脂酰肌醇的生成3 -磷酸磷脂酰肌醇(PI3P)的3-kinase第三类(PI3KC3)是至关重要的成核发生自噬小体的形成和下游ULK1 [5,6]。PI3P新兵WD-repeat蛋白质相互作用磷酸肌醇(WIPI)蛋白质(WIPI1-4)自噬体形成的膜的起源(7]。在自噬诱导,WIPI蛋白质被雇来autophagosomal膜;可视化定位建立了评估自噬活动通过荧光显微镜(WIPI puncta形成)(8,9]。接合LC3的磷脂酰乙醇胺(PE) ATG12和LC3 ubiquitin-like共轭系统是必要的伸长和关闭autophagosomal膜(2]。区分nonlipidated Lipidation可以测量,胞质形式的LC3 lipidated (LC3-I),膜结合的形式LC3通过免疫印迹(LC3-PE或LC-II)。水平的提高ATG12-ATG5共轭和lipidated LC3建议增加自噬(10,11]。
丝氨酸/ threonine-specific激酶SGK1 [12)被认定为血清,glucocorticoid-responsive基因在大鼠乳腺上皮肿瘤细胞(13)作为一个单元volume-sensitive成绩单在人肝癌细胞系(14]。SGK1表达式和活动可以通过各种刺激如激素,诱导细胞因子和细胞应激(15]。SGK1受PI3K通路,422被磷酸化丝氨酸mTORC2 [16,17),便于265年苏氨酸磷酸化的基因(15,18]。其中,SGK1参与渗透调节,转录因子调控,细胞增殖15,19,20.]。尽管其广泛的功能,SGK1-deficient老鼠开发一个轻微的表型,这才会显现在一个具有挑战性的条件下(21]。
既是mTORC1 [22]和mTORC2 [16,17SGK1激活和抑制自噬,SGK1被认为是一个自噬抑制剂。H2年代显示抑制自噬通过刺激SGK1 [23,抑制SGK1诱发LC3 lipidation和BECN1 (PI3KC3成员复杂)的表达在人类胶质母细胞瘤细胞24]。FOXO3A [SGK1还能抑制25- - - - - -27),自噬基因的转录因子(28]。尽管前面的数据,自噬调控的机制SGK1并不理解。在这里,我们表明,红色的肌肉组织在SGK1基因敲除小鼠LC3-II和ATG12-ATG5水平增加,表明自噬活动增加。在体外,我们发现SGK1沉默引起的自噬通量显著增加分析GFP-WIPI1 puncta形成和LC3 lipidation。此外,我们发现大量的ULK1蛋白质缺乏抑制TORC1-dependent磷酸化网站增加SGK1的缺失。根据我们的发现,我们娱乐SGK1的假设可以通过ULK1控制自噬。
2。方法
2.1。Sgk−−/老鼠
所有的动物实验被当地政府批准,坚持德国法律对于动物的福利,和Florian朗实验室进行。老鼠缺乏SGK1 (Sgk1−−)繁殖和基因分型(如前所述)(21]。实验的老鼠在一个原始SV129背景(21]。SGK1淘汰赛(Sgk1−−)和控制SV129野生型小鼠(Sgk1+ / +)相同的年龄(3个月)随意或饥饿24小时保持免费饮用水龙头。为后续组织解剖,老鼠被颈椎错位和异氟烷麻醉,牺牲了。器官都被立即收获和flash在液态氮冷冻。
2.2。使用鼠标组织蛋白质提取和免疫印迹
组织样本从肝脏,肾脏,心脏,白色肌肉,红色的肌肉,主动脉收集从SGK1基因敲除小鼠(Sgk1−−, ;2女性,4男性)和野生型控制(Sgk1+ / +, ;2女性,4)雄性小鼠(21),要么是美联储( )或饥饿( )。根据重量,样本混合1 - 1.5毫升里帕缓冲区(150毫米氯化钠,EDTA 1毫米,10毫米三pH值8.0,0.1% SDS、脱氧胆酸1%,1% NP-40)补充了蛋白酶抑制剂(罗氏,04693159001)和用四次在30.000 /分钟15秒PT-DA 2105/2EC转子(Polytron)为了提取蛋白质。声波降解法后,样本离心机在14.000 rpm 20分钟在4°C。500年μl与500年上层清液的混合μl 2 x Laemmli缓冲区(50毫米三pH值6.8,1.25毫米EDTA pH值8.0,12.5%甘油、2% SDS, 50 mM德勤,2.5%β巯基乙醇、0.025%溴酚蓝)和煮5分钟。蛋白质分离的sds - page和涂抹PVDF膜(微孔,IPVH00010)。LC3检测15%,ATG12检测10%,sds - page凝胶是准备。以下使用抗体:LC3 (NanoTools, 0231 - 100 / LC3-5F10), ATG12 (Abgent ASC10625),α微管蛋白(Sigma-Aldrich T6074) anti-mouse IgG-HRP(细胞信号,7076),和anti-rabbit IgG-HRP(细胞信号,7074)。从NanoTools LC3-positive控制购买。发射极耦合逻辑与止动剂西方化学发光检测进行合衬底(微孔,WBKLS0100)。图像被使用融合SL Vilber Lourmat设备。FUSION-CAPT推进软件(Vilber Lourmat)是用于量化。
2.3。细胞培养
U - 2侦察机OS细胞稳定表达GFP-WIPI1在DMEM培养(生活技术,31966)补充10% FCS (PAA, a15 - 101), 100 U / 100 /毫升青霉素μg / ml链霉素(生活技术,15140),0.6毫克/毫升G418(生活技术,11811098)在37°C,和5%的公司2。
2.4。瞬时转染
瞬态用siRNA可拆卸的实验(SGK1核(h)、圣克鲁斯,sc - 38913;控制siRNA-A,圣克鲁斯,sc - 37007)进行了利用Lipofectamine RNAiMAX(表达载体;13778 - 075年)根据制造商的反向转染协议。短暂,在每个24-well板,50 nM siRNA和1μl Lipofectamine RNAiMAX在96年被稀释μl OPTI。MEM(生命技术;51985 - 026年)和转染溶液在室温下孵化20分钟。最后,40000年(WIPI1 puncta形成分析)或50000(西方墨点法)细胞(u - 2侦察机OS GFP-WIPI1)在500年μl DMEM / 10% FCS被添加到转染63 h的解决方案。可拆卸的事件验证了免疫印迹。
2.5。WIPI1 Puncta形成分析
瞬时转染后,3 h治疗进行下美联储(DMEM / 10% FCS)或血清和氨基酸饥饿(ebs,伯爵平衡盐溶液、Sigma-Aldrich E2888)条件的存在和缺乏200海里bafilomycin A1 (AppliChem A7823)。这些细胞被固定为3.7% PFA和安装在幻灯片使用延长(生活技术,P36930)。每处理1541细胞()从3独立实验计算手动荧光显微镜(蔡司,Axiovert 200)和阳性细胞百分比GFP-WIPI1 puncta计算。代表图像的拍摄Axiocam MRm相机使用40 x的目标。
2.6。蛋白质提取和使用u - 2侦察机OS细胞免疫印迹
GFP-WIPI1表达u - 2侦察机OS细胞治疗如上所述WIPI1 puncta形成分析,除了3 h治疗期后,细胞细胞溶解与热2 x Laemmli缓冲区(50毫米三pH值6.8,1.25毫米EDTA pH值8.0,12.5%甘油、2% SDS, 50 mM德勤,2.5%β巯基乙醇,0.025%溴酚蓝),刮到埃普多夫管,和庆兴23 g注射针。40μ提取的l是加载在10%或15% sds - page凝胶涂抹在PVDF膜(微孔,IPVH00010)和孵化后抗体:SGK1(细胞信号,12103),LC3 (NanoTools, 0231 - 100 / LC3-5F10), phospho-ULK1 (S757)(细胞信号,6888),ULK1(细胞信号,8054),α微管蛋白(Sigma-Alderich T6074) anti-mouse IgG-HRP(细胞信号,7076),和anti-rabbit IgG-HRP(细胞信号,7074)。随后,发射极耦合逻辑进行检测与西方SuperSignal毫微微最大灵敏度衬底(热科学,34096)。图像被使用融合SL Vilber Lourmat设备。
2.7。统计数据
免疫印迹和荧光显微镜结果使用SAS JMP 11.1®和双尾异方差的分析t测试。统计分析与值可以在补充数据集(增刊。数据集(可用在这里))。
3所示。结果
3.1。自噬是增加SGK1-Deficient老鼠
调查SGK1的自噬的影响,我们提取的蛋白质从肝脏,肾脏,心脏,主动脉,红色和白色肌肉SGK1的淘汰赛(Sgk1−−)和野生型(Sgk1+ / +)小鼠( ),要么是美联储( )或饥饿(24小时, 颈椎错位和组织解剖之前)。随后,我们分析了大量的自噬LC3-II标志(数字1- - - - - -4)和ATG12-ATG5(数字1和4通过定量免疫印迹。
(一)
(b)
我们发现的丰度LC3-II(图1(一),上面板和下面板)和ATG12-ATG5(图1 (b),上面板和下面板)显著增加红色的肌肉组织来自老鼠SGK1不足(Sgk1−−)。特别是,增加被发现当老鼠只是比较关于LC3-II丰度(图1(一)右下面板:Sgk1+ / +与Sgk1−−,美联储)。值得注意的是,红色的肌肉组织是唯一的器官,我们发现一个重大区别美联储和饥饿条件SGK1野生型背景关于LC3-II(图1(一)右下面板:Sgk1+ / +,美联储和饿死)。在此基础上,我们提供比较SGK1野生型和缺乏小鼠无论他们的营养状况(数字1- - - - - -4,左下方面板)或对美联储和饥饿条件(图1- - - - - -4右下面板)。原始数据和统计分析数据1- - - - - -4提供(增刊。数据集)。
在白色的肌肉组织(图2(一个))和肝脏(图2 (b)),我们观察到只有弱的区别Sgk1+ / +Sgk1−−老鼠,显然当饥饿条件比较白肌肉组织(图所示2(一个)右下面板:Sgk1+ / +与Sgk1−−,饿死在肝脏(图)或美联储条件2 (b)右下面板:Sgk1+ / +与Sgk1−−,美联储)。此外,在心脏(图3(一个)),增加LC3-II观察(图3(一个)上半部分),但这并没有显著增加(图3(一个)左下方面板:值0.06769)。在主动脉,增加nonconjugated LC3 (LC3-I)是明显的(图3 (b)上半部分),但这没有影响LC3-II的丰富,这并不重要Sgk1+ / +Sgk1−−/老鼠相比(图3 (b)、较低的面板)。在肾脏组织(图4),我们观察到在LC3-II略有增加;然而,这是发现不显著(图4(一),较低的面板),符合无显著改变关于ATG12-ATG5(图4 (b))。
(一)
(b)
(一)
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(一)
(b)
总之,我们组织筛选的方法分配SGK1的抑制作用自噬在红色的肌肉组织。
3.2。SGK1抑制自噬在体外
调查SGK1的角色在体外中,我们使用一个u - 2侦察机OS细胞模型建立的具体检测autophagosomal膜(puncta)装饰着WIPI1 PI3P效应在自噬9]。值得注意的是,由于其低endomembrane含量,u - 2侦察机OS细胞系优越的荧光技术检测新形成的膜,如自噬小体。在这里,我们是暂时性的稳定转染u - 2侦察机OS细胞表达与siRNAs GFP-WIPI1针对内生SGK1 (siSGK1) [29日),连同不属预定目标的控制siRNAs (siControl)(数据5- - - - - -7)。坚持调节自噬的标准条件,我们使用美联储的条件(美联储),以及饥饿条件(饥饿),我们把细胞与ebs最大诱导自噬在体外(8),区分一个感应或一块自噬,我们应用溶酶体抑制剂bafilomycin A1 (10,30.)(图5- - - - - -7)。
(一)
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(b)
正如所料,饥饿条件下提升细胞的数量显示autophagosomal膜GFP-WIPI1,进一步增加时溶酶体(+ BafA1)(图是被抑制的5(一个),5 (b))。进一步,我们观察到在SGK1沉默(siSGK1) GFP-WIPI1 puncta显著增加(图5(一个);从饥饿细胞代表图像如图所示)。这个观察变得更加明显,当我们计算(1541细胞/治疗, )的数量GFP-WIPI1 puncta-positive细胞治疗与siControl或siSGK1(图5 (b))。美联储和饥饿条件下,缺乏SGK1的诱导显著增加GFP-WIPI1-harboring自噬体(puncta)(图5 (b))。重要的是,我们证实了著名的沉默内生SGK1的适用条件,并行免疫印迹( 3实验如图6(一))。随后,我们评估了大量lipidated, autophagosomal LC3 (LC3-II)在存在(siControl)或缺乏内生SGK1 (siSGK1)在美联储和饥饿条件下或不溶酶体抑制剂(BafA1) ( 如图,3个独立的实验6(一))。同样,我们发现,在细胞表达下调SGK1 (siSGK1),更多的LC3-II蛋白质在场,在美联储和还在饥饿条件下(图6(一)较低的面板;图6 (b))。重要的是,在我们使用的条件bafilomycin A1 (BafA1) LC3-II的丰度进一步增加,不仅证明更多lipidated LC3 (LC3-II)生产SGK1的缺席,但更观察自噬流量(图6 (b))。此外,我们评估ULK1蛋白质的丰度在SGK1沉默也并行的磷酸化状态关于抑制磷酸化TORC1 (S758)(图7(一); 副本;每个重复了)之一。正如预期的那样,我们发现,在饥饿、少ULK1磷酸化在S758(图7 (b),上半部分)。有趣的是,我们进一步发现ULK1蛋白质含量没有SGK1的增加(数据7(一)和7 (b)较低的面板),但不是其磷酸化丝氨酸758(图7 (b))。事实上,在饥饿时,大大减少ULK1磷酸化在SGK1的缺失(图7 (b))。
4所示。讨论
在自噬调查SGK1的角色,我们分析了大量的自噬标记LC3-II和ATG12-ATG5器官组织来自SGK1敲除小鼠和野生型。我们也下调内生SGK1的u - 2侦察机OS GFP-WIPI1细胞自噬活动分析在体外。
我们的在活的有机体内分析使用定量LC3-II和ATG12-ATG5免疫印迹显示在SGK1基因敲除小鼠自噬活动显著增加红色肌肉组织(图1)和弱在白色的肌肉和肝脏(图2)。LC3-II水平上升和ATG12-ATG5表明自噬活动增加,SGK1可能抑制自噬在这些组织。
我们的在体外使用定量分析LC3-II西方墨点法和GFP-WIPI1 puncta分析证实SGK1应该抑制自噬的过程。我们观察到显著增加GFP-WIPI1-bound自噬体(puncta)。这表明SGK1的缺失引起的诱导自噬通过规范化要求新PI3P产生,然后受WIPI1/2蛋白质(这里是GFP-WIPI1)调解ATG12-ATG5 / ATG16L复杂的招聘后续LC3 lipidation LC3-II(生产)(5]。
事实上,当我们评估LC3 lipidation从内生SGK1细胞减少,显著增加LC3-II的证实。这是发现在美联储和饥饿条件下,表明SGK1应该抑制基底以及诱导自噬。我们进一步解决这个问题如果没有SGK1另外引发自噬流量的增加。这些评估进行了使用美联储和饥饿状况的存在或缺乏bafilomycin A1,抑制溶酶体功能因此阻塞autolysosomal退化。事实上,没有SGK1 LC3-II水平(也是GFP-WIPI1 puncta)显著增加,表明自噬流量也没有SGK1的刺激。综上所述,我们两在活的有机体内和在体外自噬的分析支持SGK1的观念应该作为负调节自噬小体的形成和自噬降解。
此外,我们还问我们是否可以观察不同ULK1蛋白质含量及其磷酸化状态SGK1的缺失。有趣的是,我们观察到在SGK1消耗更多ULK1蛋白质检测,表明SGK1应该为ULK1基因表达的调节,一个主题最近的兴趣(31日]。此外,随着越来越多的ULK1蛋白质存在于SGK1的缺席,而不是更多的(甚至更少)的磷酸化ULK1丝氨酸758发生。TORC1目标758年ULK1丝氨酸磷酸化,从而导致ULK1的抑制。减少ULK1磷酸化丝氨酸758因此解放ULK1蛋白启动自噬,事实上被观察到在缺乏SGK1(见上图)。一般来说,ULK1信使rna和蛋白质水平调整过程中自噬,表明ULK1可用性是严格控制在不同的,未知的,阶段32]。
我们假设(图8),SGK1可能调节自噬调节ULK1蛋白质水平作出贡献,也许通过调制ULK1基因表达。有趣的是,转录因子FOXO3被发现被SGK1专门磷酸化,从而导致核排除FOXO3因此它抑制作为转录因子(27,33]。然而,FOXO3需要启动ULK1基因表达(正如前面所示34]。在此基础上,人们很容易推测SGK1可能调节通过FOXO3 ULK1基因表达(图8)。
的利益冲突
所有作者批准提交的手稿,没有利益冲突声明。
作者的贡献
Jakob Voelkl培育和小鼠解剖和孤立的器官组织。Theresia Zuleger朱莉娅Heinzelbecker、Zsuzsanna塔卡克斯和凯瑟琳猎人进行了实验。Theresia Zuleger朱莉娅Heinzelbecker Zsuzsanna塔卡克斯,Tassula Proikas-Cezanne分析数据和写的手稿。Florian朗和Tassula Proikas-Cezanne构思。
确认
Zsuzsanna塔卡克斯接到国际马克斯·普朗克的博士前的津贴从分子生物研究学院”。“Tassula Proikas-Cezanne接收来自德意志Forschungsgemeinschaft给予支持(DFG): SFB / TRR 209(项目B02)和2625年(项目1)。
补充材料
支持数据提供的补充数据集(增刊。数据集)。在每个图表示传说,增刊。数据集(excel文件)包含统计分析p值以下主要人物:数字1(一),1 (b),2(一个),2 (b),3(一个),3 (b),4(一),4 (b),5 (b),6 (b),7 (b)。个人excel表标签对应主图标签。(补充材料)