Фумарат индуцирует везикулярное высвобождение мтДНК, стимулируя врожденный иммунитет.

Nature, том 615, страницы 499–506 (2023 г.) Процитировать эту статью

37 тысяч доступов

7 цитат

271 Альтметрика

Подробности о метриках

Мутации фумаратгидратазы (ФГ) вызывают наследственный лейомиоматоз и почечно-клеточный рак1. Потеря FH в почках вызывает несколько онкогенных сигнальных каскадов за счет накопления онкометаболита фумарата2. Однако, хотя долгосрочные последствия утраты СГ описаны, острая реакция до сих пор не исследована. Здесь мы создали индуцибельную модель мыши для изучения хронологии потери FH в почках. Мы показываем, что потеря FH приводит к ранним изменениям морфологии митохондрий и высвобождению митохондриальной ДНК (мтДНК) в цитозоль, где она запускает активацию циклической GMP-АМФ-синтазы (cGAS) – стимулятора генов интерферона (STING) – Путь TANK-связывающей киназы 1 (TBK1) стимулирует воспалительную реакцию, которая также частично зависит от гена I, индуцируемого ретиноевой кислотой (RIG-I). Механистически мы показываем, что этот фенотип опосредован фумаратом и происходит избирательно через везикулы митохондриального происхождения, что зависит от сортировки нексина 9 (SNX9). Эти результаты показывают, что повышенные уровни внутриклеточного фумарата вызывают ремоделирование митохондриальной сети и образование везикул митохондриального происхождения, что позволяет высвободить мтДНК в цитозоль и последующую активацию врожденного иммунного ответа.

Фумаратгидратаза (ФГ), метаболический фермент цикла трикарбоновых кислот (ТСА), который катализирует обратимое превращение фумарата в малат, была идентифицирована как настоящий супрессор опухолей2. Утрата СГ предрасполагает к наследственному лейомиоматозу и почечно-клеточному раку (HLRCC) — синдрому, характеризующемуся агрессивной формой рака почки. Отличительной чертой как клеток, так и опухолей с дефицитом FH является аберрантное накопление фумарата3, который, как было показано, способствует злокачественной трансформации и прогрессированию опухоли посредством активации ряда онкогенных каскадов2. Однако при анализе на опухолях или других клеточных моделях все эти сигнальные каскады уже активированы одновременно и, вероятно, переплетаются, что затрудняет выяснение их иерархии, перекрестных помех и причинного вклада в заболевание.

Здесь мы создали модель индуцибельной трансгенной мыши, чтобы исследовать хронологию потери Fh1, мышиного ортолога FH человека, в почках взрослого человека. Путем скрещивания ранее созданного штамма Fh1fl/fl4 с мышами, которые содержат повсеместно экспрессируемую тамоксифен-индуцируемую рекомбиназу Cre в локусе Rosa265, мы получили индуцируемый тамоксифеном штамм Fh1fl/fl (рис. 1а). Обработка мышей Fh1fl/fl тамоксифеном привела к эффективному удалению экзонов 3 и 4 Fh1 (далее называемых Fh1-/-) по сравнению с контрольным штаммом (Fh1+/+) (рис. 1b и расширенные данные, рис. 1a,b). . Потеря FH вызывает глубокие метаболические изменения, включая аберрантное внутриклеточное накопление аргининосукцината6 и продуктов реакции присоединения фумарата к тиоловым группам свободного цистеина и тиоловым группам белков7, образуя S-(2-сукцинил)цистеин. (2SC) и сукцинированные белки соответственно. Обе реакции буферизуют избыточное производство фумарата, которое в конечном итоге происходит, когда эти и другие буферные системы достигают своей мощности (расширенные данные, рис. 1c). Мы наблюдали раннее увеличение 2SC на 5-й день, за которым следовало увеличение всех этих метаболических маркеров, включая фумарат, на 10-й день в почках Fh1-/- (рис. 1в). Макроскопически не было выявлено грубых морфологических различий между почками дикого типа и почками с Fh1-дефицитом (рис. 1d).

а — Стратегия редактирования генома для создания индуцибельных нокаутных аллелей Fh1. Мыши Rosa26-Cre-ERT2 несут тамоксифен-чувствительный трансген рекомбиназы Cre ниже промотора Rosa265. Мыши Fh1fl/fl13 содержат два сайта loxP, фланкирующие экзоны 3 и 4 Fh1. Внутрибрюшинная инъекция тамоксифена взрослой мыши индуцирует ядерную транслокацию повсеместно экспрессируемого слитого белка Cre-ERT2, что приводит к вырезанию геномного фрагмента, расположенного между сайтами loxP. для генерации нулевых аллелей Fh1 (Fh1-/-). Мышей в возрасте около 90 дней обрабатывают тамоксифеном и собирают почки для анализа на 5-й и 10-й день после инъекции. b — уровни экспрессии мРНК Fh1 в контрольных (Fh1+/+) и Fh1-дефицитных (Fh1-/-) почках взрослых мышей, измеренные с помощью qRT-PCR. c, Содержание метаболитов (нормализованная пиковая интенсивность ионов, условные единицы (AU)) в почках взрослых мышей Fh1+/+ и Fh1-/-, измеренное методом жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (ЖХ-МС). d, Окрашивание гематоксилином и эозином (H&E) почек взрослых мышей Fh1+/+ и Fh1-/- на 10-й день после индукции. Масштабные линейки, 100 мкм. e, графики вулкана GSEA, подчеркивающие дифференциально регулируемые пути в тканях почек Fh1-/- и Fh1+/+ на 10-й день после индукции. FDR, уровень ложных обнаружений; NES, нормализованный показатель обогащения. f, Тепловая карта, показывающая повышенную регуляцию генов, связанных с воспалением, в ткани почек Fh1-/- по сравнению с Fh1+/+ на 5-й и 10-й день после индукции (лейкоциты означают отсутствие разницы между двумя группами). ж, уровни экспрессии ISG в ткани почки Fh1-/- по сравнению с Fh1+/+ на 5-й и 10-й день после индукции, измеренные с помощью qRT-PCR. Данные представляют собой среднее значение ± sem b,c,g, n = минимум 8 мышей в каждой группе, критерий Стьюдента с поправкой на множественные сравнения с методом Холма-Сидака.