細(xì)絲蛋白在機(jī)械應(yīng)力刺激足細(xì)胞中的作用

全世界超過 10% 的人口患有慢性腎病（CKD）。糖尿病和高血壓是導(dǎo)致終末期腎病（ESRD）發(fā)展的主要原因，常與腎小球有關(guān)。高血壓被認(rèn)為會(huì)特異性地?fù)p害足細(xì)胞，足細(xì)胞是腎小球中一種終末分化的上皮細(xì)胞類型。

為了防止腎小球高血壓引起的足細(xì)胞脫離和損傷，了解負(fù)責(zé)的機(jī)械傳感器是必不可少的。研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)的足細(xì)胞具有機(jī)械敏感性，并且機(jī)械應(yīng)力和流動(dòng)誘導(dǎo)的剪切應(yīng)力會(huì)改變它們的肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架以及基因表達(dá)。然而，負(fù)責(zé)肌動(dòng)蛋白重組的機(jī)械傳感器仍然未知。

細(xì)絲蛋白是肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白家族，對(duì)于肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的分支、肌動(dòng)蛋白絲與整聯(lián)蛋白等跨膜蛋白的交聯(lián)以及通過其 24 個(gè) Ig 樣結(jié)構(gòu)域結(jié)合大量信號(hào)分子至關(guān)重要，在機(jī)械感應(yīng)和信號(hào)傳導(dǎo)中起著核心作用。雖然細(xì)絲蛋白 A 和 B 在人體中廣泛分布，但細(xì)絲蛋白 C 仍在骨骼系統(tǒng)和心肌中表達(dá)。幾項(xiàng)研究表明，Ig 結(jié)構(gòu)域 20-21 可能對(duì)細(xì)絲蛋白 A 的機(jī)械傳感至關(guān)重要。

在這里，來(lái)自德國(guó)格賴夫斯瓦爾德大學(xué)醫(yī)學(xué)院解剖和細(xì)胞生物學(xué)系、埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院腎臟病理學(xué)系等領(lǐng)域的研究團(tuán)隊(duì)描述了細(xì)絲蛋白 A 對(duì)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架完整性、拉伸和未拉伸條件下粘著斑的組裝及其對(duì)培養(yǎng)足細(xì)胞遷移的影響。結(jié)果表明，細(xì)絲蛋白負(fù)責(zé)基質(zhì)-肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的相互作用，因此對(duì)于體外和體內(nèi)足細(xì)胞的粘附至關(guān)重要。

機(jī)械應(yīng)力增加細(xì)絲蛋白 A 和 B 的表達(dá)

為了確定機(jī)械拉伸是否調(diào)節(jié)細(xì)絲蛋白的表達(dá)，足細(xì)胞培養(yǎng)后進(jìn)行三天的拉伸（0.5 Hz ，5% 伸長(zhǎng)率）。通過免疫熒光染色和 qRT-PCR 分析在拉伸（S）和未拉伸（US）足細(xì)胞中分析細(xì)絲蛋白的表達(dá)。結(jié)果觀察到由于機(jī)械應(yīng)力，足細(xì)胞肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架從橫向應(yīng)力纖維重組為徑向應(yīng)力纖維。此外，發(fā)現(xiàn)細(xì)絲蛋白 A 與 F-肌動(dòng)蛋白在富含肌動(dòng)蛋白的中心共定位。

qRT-PCR 分析細(xì)絲蛋白亞型的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)由于機(jī)械應(yīng)力，細(xì)絲蛋白 A 和 B mRNA 表達(dá)分別顯著增加至 134 ± 6% 和 181 ± 15%。相比之下，細(xì)絲蛋白 C 的表達(dá)沒有顯著變化（103 ± 15%）。

使用 qRT-PCR 分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)絲蛋白 A 是小鼠足細(xì)胞細(xì)胞系 SVI 中主要表達(dá)的亞型，于是首先將研究重點(diǎn)放在細(xì)絲蛋白 A 上。

細(xì)絲蛋白 A 的敲低影響培養(yǎng)的足細(xì)胞中的 F-肌動(dòng)蛋白組織

使用特異性 siRNA 在培養(yǎng)的小鼠足細(xì)胞中敲低細(xì)絲蛋白 A。免疫熒光和蛋白質(zhì)印跡驗(yàn)證了敲低效率, 結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，細(xì)絲蛋白 A 蛋白水平顯著降低至 23 ± 7%。

在對(duì)細(xì)絲蛋白 A 的特異性 siRNA 處理后，觀察到肌動(dòng)蛋白纖維在細(xì)絲蛋白 A 敲低足細(xì)胞（Flna KD）中特異性重組。與對(duì)照組相比，在 Flna KD 足細(xì)胞中，肌動(dòng)蛋白纖維的相對(duì)一致性顯著降低至 58 ± 2%。然而，肌動(dòng)蛋白的總蛋白量不受影響，并且蛋白質(zhì)印跡測(cè)定 Flna KD 和 Ctrl 之間沒有差異。

同時(shí)敲低細(xì)絲蛋白 A 和 B 可減少機(jī)械拉伸過程中足細(xì)胞的粘附

為了研究細(xì)絲蛋白 A 在暴露于機(jī)械應(yīng)力培養(yǎng)的足細(xì)胞中的作用，實(shí)驗(yàn)將 Flna KO 和對(duì)照細(xì)胞拉伸了三天。令人驚訝的是，與對(duì)照足細(xì)胞相比，F(xiàn)lna KO 足細(xì)胞在機(jī)械拉伸三天后僅顯示輕微但不顯著的足細(xì)胞數(shù)量減少。然而發(fā)現(xiàn) Flna KO 足細(xì)胞表達(dá)的細(xì)絲蛋白 B 比對(duì)照細(xì)胞高 6 倍。這表明細(xì)絲蛋白 B 能夠補(bǔ)償細(xì)絲蛋白 A 的損失。因此，使用 siRNA 同時(shí)敲低 Flna 和 Flnb。通過 qRT-PCR、免疫細(xì)胞化學(xué)和蛋白質(zhì)印跡驗(yàn)證敲低的效率。

機(jī)械拉伸 2 天后，與對(duì)照組相比，42 ± 6% 的細(xì)絲蛋白 A/B KD 足細(xì)胞缺失。相比之下，分別敲除 Flna 或 Flnb 對(duì)機(jī)械拉伸后的細(xì)胞數(shù)量沒有顯著影響，表明細(xì)絲蛋白 A 和 B 對(duì)拉伸的足細(xì)胞粘附具有重要作用。

此外，觀察到機(jī)械應(yīng)力影響拉伸誘導(dǎo)的 F-肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架重組和剩余細(xì)絲蛋白 A/B KD 足細(xì)胞中肌動(dòng)蛋白聚合中心（ARCs）的形成。只有 7% 的雙敲除足細(xì)胞中產(chǎn)生了 ARCs，與對(duì)照相比減少了 89%。相反，與對(duì)照組相比，F(xiàn)lna KD 和 Flnb KD 足細(xì)胞僅顯示出輕微但不顯著的 ARCs 減少。
 

為了確定細(xì)絲蛋白 A/B 雙敲除是否會(huì)影響粘著斑蛋白 talin、紐蛋白和樁蛋白的表達(dá)，通過 qRT-PCR 量化了 mRNA 水平，并通過免疫細(xì)胞化學(xué)分析量化了粘著斑的大小。在 Fln A/B KD 足細(xì)胞中，talin (-39 ± 6%)、紐蛋白 (-30 ± 9%) 和樁蛋白 (-28 ± 8%) 的 mRNA 表達(dá)顯著降低。此外，免疫細(xì)胞化學(xué)分析表明，細(xì)絲蛋白雙敲除顯著影響粘著斑的大小。量化顯示，與對(duì)照相比，在 Fln A/B KD 中，talin 的單個(gè)粘著斑區(qū)域大小減少了 27%，紐蛋白減少了 30%，樁蛋白減少了 20%。相比之下，僅細(xì)絲蛋白 A 的敲低并未降低粘著斑的表達(dá)和大小。
 

細(xì)絲蛋白A的缺失導(dǎo)致必需的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白/穩(wěn)定蛋白（如synaptopodin、fasin和palladin）以及粘著斑蛋白（如talin、paxillin和ezrin）的表達(dá)減少。這可能會(huì)導(dǎo)致肌動(dòng)蛋白絲的穩(wěn)定性降低。各種整聯(lián)蛋白表達(dá)的變化證明了細(xì)絲蛋白A對(duì)足細(xì)胞的重要性。細(xì)絲蛋白A缺失后，細(xì)絲蛋白B表達(dá)強(qiáng)烈增加，提示足細(xì)胞中可能存在一種補(bǔ)償機(jī)制。
 

總之，該研究表明，機(jī)械應(yīng)力在體外和體內(nèi)改變了足細(xì)胞中細(xì)絲蛋白 A 和 B 的表達(dá)，并以代償方式發(fā)揮作用。此外，細(xì)絲蛋白對(duì)于將外部機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)以穩(wěn)定肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架和避免足細(xì)胞脫離也很重要。
 

參考文獻(xiàn)：Greiten JK, Kliewe F, Schnarre A, Artelt N, Schröder S, Rogge H, Amann K, Daniel C, Lindenmeyer MT, Cohen CD, Endlich K, Endlich N. The role of filamins in mechanically stressed podocytes. FASEB J. 2021 May;35(5):e21560. doi: 10.1096/fj.202001179RR. PMID: 33860543.

文章來(lái)源：http://www.naturethink.com/?news/193.html​

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