Накопичення PNPLA3 у краплях ліпідів є основою асоційованого стеатозу печінки

Знайдіть цього автора на Google Scholar
Знайдіть цього автора на PubMed
Шукайте цього автора на цьому сайті
Для листування: jonathan.cohen @ utsouthwestern.eduhelen.hobbs @ utsouthwestern.edu

Автор: Хелен Хоббс, 19 березня 2019 р. (Надіслано на огляд 4 лютого 2019 р.; Переглянули Едвард А. Фішер та Руді Зехнер)

Значимість

Варіант послідовності (I148M) у PNPLA3 є основним генетичним фактором ризику неалкогольної жирової хвороби печінки. Раніше ми показали, що PNPLA3 (148M) уникає опосередкованої повсюдною деградацією і накопичується до високих рівнів у краплях ліпідів (LDs). Тут ми розглянемо, як це накопичення пов'язане зі стеатозом. Ми створили активну ізоформу, стійку до повсюдного поводження, яка накопичувалась на LDs та підвищувала рівень печінкових тригліцеридів, коли експресувалася в печінці мишей. І навпаки, виснаження PNPLA3 вирішило надлишкове накопичення печінкового жиру, пов’язане з експресією PNPLA3 (148M). Наші результати дають прямі докази того, що накопичення PNPLA3 саме по собі спричинює жирність печінки, і що виснаження білка є потенційною стратегією терапевтичного втручання.

Анотація

Безалкогольна жирова хвороба печінки (ФЛД) - це зростаючий метаболічний розлад, при якому особливості алкогольно-асоційованих захворювань печінки розвиваються у осіб, які споживають мало або зовсім не вживають алкоголю (1). Накопичення тригліцеридів (ТГ) у печінці (стеатоз печінки) є першою стадією розладу. У підгрупи осіб стеатоз асоціюється із запальною реакцією (стеатогепатит), яка може прогресувати до цирозу та навіть гепатоцелюлярної карциноми (2). Основним фактором ризику неалкогольної ФЛД є ожиріння, але генетичні фактори відіграють важливу роль у сприйнятливості (та стійкості) до розладу (2–5). Раніше ми ідентифікували несинонімічний варіант (I148M) у пататин-подібному фосфоліпазному домені, що містить білок 3 (PNPLA3), який асоційований із повним спектром як алкогольної, так і неалкогольної FLD (6 ⇓ ⇓ ⇓ –10). Хоча PNPLA3 (148M) є найпоширенішим і найсильнішим генетичним фактором ризику неалкогольної ФЛД (3, 11), механізм, за допомогою якого цей варіант підвищує рівень ТГ у печінці, залишається незрозумілим.

Тут ми запитуємо, чи є накопичення PNPLA3 (148M або 47A) на LDs причиною чи наслідком асоційованого стеатозу. Якщо накопичення PNPLA3 як таке є причинним, то накопичення білка WT, яке зазвичай підтримується на низькому рівні (16), повинно призвести до FLD. І навпаки, зменшення кількості PNPLA3 (148M) повинно усунути фенотип FLD. Щоб перевірити цю гіпотезу, ми використали дві взаємодоповнюючі стратегії: По-перше, ми створили форму білка WT, який зберігав активність, але уникав протеасомної деградації, і таким чином накопичувався до високих рівнів на LDs. Експресія цієї ізоформи спричинила стеатоз печінки у мишей WT. По-друге, ми знизили рівні PNPLA3 (148M) на LD, використовуючи два різні методи: (i) shRNA, щоб збити експресію PNPLA3, та (ii) опосередковану протеолізом химеру (PROTAC) деградацію гало-міченого PNPLA3 (148M). Обидві стратегії знизили рівень PNPLA3 на ЛД та зменшили стеатоз печінки.

Результати

Інгібування аутофагії сприяє накопиченню PNPLA3.

Раніше ми показали, що PNPLA3 (WT) поліувіквітильований і деградується протеасомами (18). Лікування інгібітором протеасоми бортезомібом призводить до збільшення рівня печінкового PNPLA3 у мишей WT, але не у мишей, що експресують 148M ізоформу (18). Навпаки, лікування інгібітором макроавтофагії, 3-метиладенином (3-МА), не змогло змінити рівні PNPLA3 (18). Однак ефективність 3-МА як інгібітора макроавтофагії була заперечена (19). Тому для подальшої оцінки ролі аутофагії в деградації PNPLA3 ми використовували два альтернативні інгібітори шляху.

Спочатку ми обробляли трансгенних мишей, які експресували або PNPLA3 (WT), або PNPLA3 (148M), хлорохіном (25 мг/кг) протягом 3 год (20) (рис. 1А, верхній). У мишей PNPLA3Tg WT обробка хлорохіном підвищувала рівні PNPLA3 на LD в 20 разів порівняно з контролем транспортного засобу. Зміни рівня білка PNPLA3 не були пов’язані зі змінами рівнів мРНК PNPLA3 (рис. 1B). На відміну від мишей, які експресують трансген WT, лікування хлорохіном не впливало на рівень PNPLA3 у мишей PNPLA3Tg 148M. Як позитивний контроль для опосередкованого хлорохіном інгібування аутофагії ми відстежували рівні секвестосоми 1 (SQSTM1)/p62, субстрату аутофагії (21). Обробка хлорохіном призвела до порівнянного збільшення рівня р62 у двох лініях трансгенних мишей. Незважаючи на підвищений рівень PNPLA3 у мишей PNPLA3Tg WT, змін рівня печінкових TG не спостерігалося (рис. 1А, нижній).

Печінкове накопичення TG у стійкому до повсюдного поширення PNPLA3. Схема PNPLA3, що показує розташування залишків лізину, які були змінені на аргініни, або в загальному білку [PNPLA3 (K → R)] (n = 19), або лише в домені пататину [PNPLA3 (PAT: K → R)] (n = 12). Самці мишей WT (n = 7 на групу, віком від 8 до 11 тижнів) були заражені AAV (1,25 × 10 11 GC), що не містить вставки (V), або AAV, що експресують PNPLA3 (WT), PNPLA3 (148M), PNPLA3 (PAT: K → R) (в якому 12 лізинів у домені пататину замінено на аргініни), або [PNPLA3 (K → R)] (у якому всі 19 лізинів у білку замінено на аргініни). Мишей годували HSD протягом 3 тижнів, а потім поміщали на протокол дієтичної синхронізації. Після 3-денного протоколу мишей вбивали, а ЛД виділяли з печінки. Загалом 2 мкг білка LD піддали імуноблот-аналізу з використанням анти-PNPLA3 mAb (11C5) та анти-PLIN2-поліклонального Ab (методи). Кількісну оцінку сигналів проводили за допомогою системи зображення LI-COR. TG вимірювали з лізатів печінки за допомогою ферментативного аналізу. Кожен стовпчик представляє середнє значення ± значення SEM. * P 148M/M Миші.

Щоб перевірити гіпотезу, що зменшення експресії Pnpla3 полегшить жирову печінку у мишей Pnpla3 148M/M, ми використовували AAV для експресії shRNA, націленої на Pnpla3, у печінці мишей. Ми використовували двотижневу дієту з високим вмістом фруктози, щоб викликати накопичення PNPLA3 та фенотипу FLD (додаток SI, рис. S3). Експресія PRpla3 shRNA у мишей, які годували фруктозою, повністю скасувала експресію PNPLA3 (рис. 4) і була пов'язана зі зниженням рівня печінкового TG, чого не спостерігалося у мишей, інфікованих Scr shRNA, або в контрольних групах, які отримували PBS (рис . 4). Ці результати дозволяють припустити, що накопичення PNPLA3 саме по собі спричинює стеатоз, пов'язаний з варіантом PNPLA3 (148M). Важливо, що цей експеримент також передбачає, що втручання, що ефективно знижує рівень PNPLA3, призведе до зворотного стеатозу у осіб із варіантом PNPLA3 (148M).

Антитіла.

Антитіла, використані для імуноблот-аналізу та імунофлюоресценції у цьому дослідженні, описані в Додатку SI, Методи.

Плазміди.

Плазміди, що використовуються для імуноблот-аналізу та імунофлуоресцентної мікроскопії, описані в Додатку SI, Методи.

Хімія печінки.

Ліпіди екстрагували з аліквот печінки (100 мг) (37). Вимірювали рівень холестерину та TG за допомогою ферментативних аналізів (Infinity, Thermo Electron та Wako, відповідно). Значення нормалізували на вагу зразка.

Експресія РНК месенджера.

Загальну РНК готували з тканин миші, як описано (38). Рівні транскриптів вимірювали за допомогою ПЛР у реальному часі, причому всі реакції проводились тричі. Відносні кількості зацікавлених транскриптів мРНК порівнювали з показниками миші 36B4 (внутрішній контроль) та виражали за допомогою методу порівняльного порогового циклу (Ct) (38).

Аденоасоційовані віруси.

Рекомбінантні AAV-конструкції, що експресують shRNA, націлену на PNPLA3, генерувались власноруч. Конструкції AAV-PNPLA3-shRNA були виготовлені з використанням послідовностей shRNA, які націлені на екзони 4-7 мишей Pnpla3 (11), як описано в Додатку SI, Методи. Всі інші AAV були придбані у Vector Biolabs.

Лікування бортезомібом.

Мишей годували HSD ad libitum протягом 4 тижнів, а потім синхронізували та обробляли бортезомібом (1 мг/кг), як описано в Додатку SI, Методи.

Лікування хлорохіном.

Мишей, яких годували HSD протягом 4 тижнів, синхронізували, а потім обробляли хлорохіном (25 мг/кг), як описано в Додатку SI, Методи.

Лікування PROTAC3.

Мишей годували HSD протягом 2 тижнів, а потім обробляли PROTAC3 (Promega; CS2072A01; 479 мкг на флакон), як описано (39). Коротко, PROTAC3 у ДМСО (60 мкл) розводили 1:20 (об./Об.) У фізіологічному розчині та вводили (4,8 мг/кг у 200 мкл.) Через хвостову вену три рази на тиждень протягом 2 тижнів. Мишей підтримували на HSD до останнього 3 дня експерименту, коли дієта була синхронізована, як описано вище. Збирали печінку та ізолювали ЛП (40).

Імуноблотинг.

Тканину печінки (50-100 мг) гомогенізували в буфері RIPA (150 мМ NaCl, 1,0% IGEPAL CA-630, 0,5% дезоксихолату натрію, 0,1% SDS та 50 мМ Трис, рН 8,0) з доповненням інгібіторами протеази (суміш інгібіторів протеази; Рош). Готували лізати та ЛД, проводили імуноблотинг, як описано раніше (41). Смуги візуалізували за допомогою хемілюмінесцентного субстрату SuperSignal West Pico (Thermo Fisher Scientific) та кількісно визначали за допомогою системи LI-COR Odyssey.

Імунофлуоресцентна мікроскопія.

Клітини QBI-293A культивували в повному середовищі (DMEM з високим вмістом глюкози, 5% FCS), трансфікували та аналізували за допомогою імунофлюоресцентної мікроскопії, як описано в Додатку SI, Методи.

Виділення ЛД та імунопреципітація PNPLA3.

LD були виділені, як описано раніше (16). Імуноблот-аналіз проводили, як описано в Додатку SI, Методи.

Подяка

Ми вдячні Серені Банфі, Томмі Хаят, Крістіні Жао, Лянгкай Ні, Фанг Сю, Маріці Томас, Лізбет Соліс, Джеффрі Корм'є та Лізі Бітті за технічну підтримку, а також Аманді Лоу, Ненсі Херд та Челсі Берроуз за адміністративну підтримку. С.Б.Р. була підтримана стипендією докторських досліджень від Американського фонду печінки та нагородою молодших дослідницьких факультетів від Національної асоціації ліпідів. J.C.C. та H.H.H. були підтримані грантами Національного інституту охорони здоров’я (R01 DK090066 та P01 HL200948).

Виноски

↵ 1 Кому може бути адресована кореспонденція. Електронна адреса: jonathan.cohenutsouthwestern.edu або helen.hobbsutsouthwestern.edu .

Вклад авторів: S.B.R., Y.W., E.S., J.C.C. та H.H.H. розроблені дослідження; С.Б.Р. та Ю.В. виконані дослідження; S.B.R., Y.W. та E.S. внесли нові реагенти/аналітичні інструменти; S.B.R., Y.W. та H.H.H. проаналізовані дані; та S.B.R., Y.W., E.S., J.C.C. та H.H.H. написав роботу.

Рецензенти: E.A.F., Медична школа Нью-Йоркського університету; та R.Z., Університет Граца.

Автори не заявляють конфлікту інтересів.