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生物化学杂志。2012年3月23日;287(13):10355–10367。
2012年2月1日在线发布。 数字对象标识:10.1074/jbc。M111.312751号
预防性维修识别码:PMC3322997型
PMID:22298767

肝星状细胞衍生Delta-like Homolog 1(DLK1)蛋白在肝再生中的作用*保存图片、插图等的外部文件。对象名称为sbox.jpg

关联数据

补充资料

背景:肝星状细胞(HSC)在肝再生中被激活,但其意义尚不清楚。

结果:DLK在HSC激活中被诱导。其中和作用通过抑制Ppar公司γ并减弱肝脏再生。

结论:DLK1通过Wnt途径和表观遗传抑制激活HSCPpar公司γ有助于肝脏再生。

意义:DLK1在肝脏再生中的一种新作用已被确定。

关键词:脂肪生成,表观遗传学,过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR),再生,Wnt信号,Ppar公司γ、 首选项-1,重量10b,部分肝切除术

摘要

肝星状细胞(HSCs)在肝纤维化和再生过程中经历肌成纤维细胞活化。这种表型转换在机制上与脂肪细胞去分化相似,因为necdin-Wnt途径导致主成脂基因的表观遗传抑制Ppar公司γ、 激活HSC。现在我们报道了delta-like 1同源物(DLK1)在成年啮齿动物肝脏HSC中选择性表达,并在肝纤维化和再生中诱导。深1击倒激活的HSC,导致抑制尼可丁Wnt(重量)表观遗传去表达Ppar公司γ、 以及对静止细胞的形态和功能逆转。肝脏深1在小鼠部分肝切除术(PH)后24小时诱导表达40倍。从再生肝脏中分离的HSC和肝细胞(HC)显示深1两种细胞类型的诱导。在HC和HSC共同培养中,增殖和Dlk1型抗DLK1抗体(Ab)可消除PH中HCs的表达。深1重量10b与PH HSC共培养可增加Sham HCs的表达,而抗DLK抗体可消除这些影响。PH后6小时尾静脉注射抗DLK1抗体可减少早期HC增殖和肝脏生长,并伴有肝细胞生长减少重量10b、非磷酸化β-catenin、p-β-catentin(Ser-552)、cyclin(cyclin D和cyclin A)、cylicn-dependent kinases(CDK4和CDK1/2)、p-ERK1/2和p-AKT。在小鼠发育中的肝脏中,HSC前体和HSC表达高水平的深1,伴随深1肝母细胞表达。这些结果表明HSC-衍生DLK1通过表观遗传在激活HSC中的新作用Ppar公司γ阻遏并以涉及间质-上皮相互作用的方式参与肝脏再生和发育。

关键词:脂肪生成,表观遗传学,过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR),再生,Wnt信号,Ppar公司γ、 首选项-1,重量10b,部分肝切除术

介绍

肝星状细胞(HSC)2构成具有多种生理功能的独特类型的肝间充质细胞。它们作为正弦周细胞、维生素a储存的主要场所、正常细胞外基质成分的来源以及负责肝脏间质-上皮(肝细胞)相互作用的间充质细胞类型(1). 肝损伤后,HSC经历一种称为肌纤维母细胞转分化或激活的表型转换,获得表达趋化因子和粘附分子的能力,参与细胞外基质重塑和沉积,并导致肝纤维化(1,2). 许多来自邻近细胞、浸润细胞及其自身细胞的蛋白质、脂质和气体介质已被鉴定为对激活机制的不同方面有贡献。从根本上讲,HSC的激活必须被视为细胞命运调控改变的结果,如多能干细胞间充质祖细胞向成骨细胞、软骨细胞、平滑肌细胞、脂肪细胞和神经元的细胞谱系发育框架所示,以及这些细胞类型在微环境变化下的转分化。事实上,我们的研究表明脂肪生成转录调控是HSC分化所必需的(,4)这种调控的缺失是HSC转分化为肌纤维母细胞的基础(4,5)其中标准Wnt信号显示起主要作用(6)很像抑制脂肪生成(7). 这种脂肪生成调节的核心是PPARγ,它是脂肪生成的主要调节因子,对HSC分化或静止至关重要(,4). 我们最近的研究表明,necdin是一种核蛋白,已知可调节神经元、肌肉和前脂肪细胞分化,在HSC中选择性表达并诱导活化(8). 此外,necdin上调重量10b,活化的HSC通过与启动子内最接近的GN盒结合而表达的主要典型Wnts之一(8). 激活的典型Wnt信号反过来导致表观遗传抑制Ppar公司γ涉及甲基CpG结合蛋白2(MeCP2)与Ppar公司γ启动子和H3K27二甲基化增加Ppar公司γ外显子(9)导致这一关键的成脂基因表达丧失,从而导致HSC细胞命运改变为肌纤维母细胞(8).

活化的HSC还通过释放有丝分裂原(如肝细胞生长因子)支持肝再生(10),多肽(11)和表吗啡素(12). 部分肝切除术(PH)诱导的肝再生与HSC-相关维生素A含量的损失有关(13)HSC活化标记物如α-平滑肌肌动蛋白(αSMA)、IL-6和肝细胞生长因子的上调(14)表明HSC经历激活并支持再生反应。神经营养素受体p75NTR对HSC肌纤维母细胞激活的调节实际上对支持肝再生至关重要(10). p75NTR由HSC选择性表达并在肌纤维母细胞HSC中诱导。在p75NTR缺陷小鼠中,尽管胶原和αSMA表达受到抑制,但HSC释放的肝细胞生长因子不足导致肝细胞再生不足,从而加剧了纤溶酶原缺乏导致的肝损伤(10). 因此,激活HSC具有纤维生成和促再生的双重目的,肝病的最佳治疗策略应旨在抑制前者,同时促进后者。更为复杂的是,活化的HSC在肝癌发生中的作用,肝癌通常伴随着肝纤维化和肝硬化。活化的HSC产生肿瘤基质(15)促进肿瘤转移(16)和进展(15)其中肿瘤细胞和HSC之间存在活跃的串扰(17).

Delta-like 1同源物(DLK1/Pref-1)是一种单跨跨膜蛋白,其胞外结构域由6个表皮生长因子(EGF)样重复序列组成。它属于同源蛋白EGF家族,包括Notch受体及其配体,已知其调节细胞命运和分化。DLK1调节包括脂肪生成在内的多种分化过程(1821),成骨(22,23),神经元(24)和神经内分泌(25)差异化。在恶性肿瘤中也表达(26)和胚胎肝母细胞(27)促进神经母细胞瘤细胞的干细胞和致瘤性,并对缺氧作出反应(28). 金属蛋白酶ADAM-17(TNF-α-转化酶,TACE)可以裂解细胞外区域,释放具有生物活性的可溶性50-kDa蛋白(29). DLK1信号实现这些生物效应的分子机制仍不清楚。DLK1可能与Notch相互作用以调节其信号(30)或IGF-结合蛋白1调节IGF局部成脂作用(31). 最近还显示DLK1结合纤维连接蛋白并触发整合素介导的信号传导,如FAK-Rac-ERK激活,以抑制脂肪生成(32).

本研究确定了选择性表达深1HSC在成人肝细胞中的作用及其在HSC激活中的上调在体外在实验性肝纤维化和再生中。DLK1通过表观遗传抑制激活HSCPpar公司γ以一种依赖于正则Wnt的方式。深1HSC的表达受Wnt、necdin和Shh等其他形态因子的正交叉作用控制,最重要的是,深1PH后肝再生上调通过一种机制支持早期肝细胞增殖和肝生长重量10b

材料和方法

动物模型、细胞分离和培养、BrdU合并

HSC是从患有或未患有实验性肝纤维化的雄性Wistar大鼠或患有PH的小鼠中分离出来的,如前所述(33)南加州ALPD和肝硬化研究中心的非实质性肝细胞核心。结扎总胆管导致的10天胆汁淤积或饮用水中提供苯巴比妥(500 mg/L)加皮下注射CCl可诱导大鼠肝纤维化4(1μl/g体重)用矿物油稀释2倍,每周两次,持续3周。将雄性C57BL/6小鼠置于70%的PH值下,在第1、2、4、8和24小时提取肝脏RNA,然后每天提取,直到第7天。PH后1天分离HSC和肝细胞。在PH后6小时,将抗DLK抗体或正常兔IgG(Abcam)经尾静脉注入生理盐水(27μg/100μl/只小鼠)中,以测定对肝脏生长和生化参数的影响。在PH后1、2和3天,处死前5 h用PBS稀释BrdU并腹腔注射给小鼠。制作冷冻肝脏切片,用BrdU免疫组织化学染色现场检测试剂盒(BD Pharmingen)。从加州大学圣地亚哥分校David Brenner博士实验室获得的胶原蛋白启动子-GFP转基因小鼠也用于从E13.5胚胎或成人肝脏分离肝间充质细胞(34). 本研究中使用的动物得到了南加州大学动物护理和使用委员会和大洛杉矶退伍军人事务部医疗系统的批准。HSC在添加有10%胎牛血清(FBS)和抗生素的低血糖DMEM塑料上培养1天或7天,以分析静止或激活的HSC。将来自肝纤维化模型的HSC培养在含有2%FBS的培养基中的塑料上,隔夜培养后立即进行分析。细胞形态通过相差显微镜进行评估,细胞内维生素A含量通过紫外线激发的自体荧光进行评估,而细胞内脂质通过油红O染色进行评估。为了通过瞬时转染进行启动子分析,从实验性胆汁淤积性肝纤维化中建立的自发永生细胞系(BSC)(35)或Huh7肝癌细胞系。通过基本相同的程序分离库普弗细胞,不同之处在于使用1.043/1.058和1.058/1.075的阿拉伯半乳聚糖梯度界面上的细胞以及随后的粘附方法,如前所述(36). 通过标准方法分离肝细胞就地肝脏胶原酶消化和低速离心(50×,1分钟)。如前所述,使用SE-1抗体通过磁性细胞分选分离窦状内皮细胞(37). 对于所有类型的细胞,分离的细胞纯度和存活率均超过95%。脂肪细胞分化混合物MDI(0.5 m)处理NIH3T3L1细胞异丁基甲基黄嘌呤,1μ地塞米松和1μ胰岛素)或二甲基亚砜作为溶剂,用于分析。

免疫组织化学

E6鸡胚的石蜡包埋切片来自南加州大学C.-M.Chuong博士的实验室,由南加州ALPD和肝硬化研究中心的形态学核心使用抗结蛋白(Sigma)、抗αSMA(Sigma-)和抗DLK1(Abcam)抗体进行免疫染色。用4%多聚甲醛固定小鼠胚胎或成年肝脏,冰冻切片(7μm)用抗DLK1(1/1000;MBL或Abcam)、白蛋白(1/3000;Nordic)、ALCAM(1/100;eBioscience)、结蛋白(1/400;Thermo Scientific)、p75NTR(1/1000,Abcam,或如前所述的Wilms肿瘤1(WT1,1/50;Cell Marque)(38). 用与Alexa Fluor 488或568(Invitrogen)缀合的第二抗体检测第一抗体。用DAPI(Invitrogen)对切片进行复染。

荧光激活细胞分选(FACS)

GFP公司+如前所述,通过FACS从Coll-GFP小鼠的E13.5胚胎或成年肝脏中分离细胞(38). 用胰蛋白酶-EDTA消化E13.5胚胎肝脏。通过胶原酶灌注法从成人肝脏中获得非实质细胞(NPC)(8). 使用FACS Vantage SE(BD Biosciences)对胚胎肝细胞或成人非实质细胞进行FACS(38). 野生型小鼠被用作阴性对照。

RNA提取和实时PCR

使用RNeasy Mini试剂盒(Qiagen)从细胞中提取总RNA。使用SuperScript III第一链合成系统(Invitrogen)将RNA反向转录到cDNA,并使用下列引物和SYBR Green PCR Master Mix试剂(AB Applied Biosystems)扩增40个周期。每个计算机断层扫描值首先标准化为36B4计算机断层扫描值,并与处理样品和对照样品进行比较。使用的引物序列为:Ppar公司γ、 5′-CTG AAG CTC CAA GAA TAC CAAA和5′-AGA GTT GGG TTT CAG AAT AAG;α1(I)胶原蛋白,5′-TCG ATT CAC CTA CAG CAC GC和5′-GAC TGT CTT GCC CCA AGT TCC;深1,5′-GGC CAT CGT CTT TCT CAA CA和5′-ATC CTC ATC ACC AGC CTC CT;重量10b,5′-CGA GAA TGC GGA TCC ACAA和5′-CCG CTT CAG GTT TTC CGT TA;Wnt3a型,5′-CAT CGC CAG TCA CAT GCA CCT和5′-CGT CTA TGC CAT GCG AGC TCA;尼可丁,5′-TGA TGG TCC GTA TCG ACA AA和5′-GGA TGT TTC CTG TGC CAG TT; 5′-CTG GCC AGA TGT TTT CTG GT和5′-TAA AGG GGT CAG CTT TTT GG,36个B4,5′-TTC CCA CTG GCT GAA AAG GT和5′-CGC AGC CGC AAA TGC。中使用的引物序列图6D类与前面描述的相同(38).

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A类免疫组织化学检测,E5鸡胚肝在岛状细胞周围的HSC或成肝细胞代码中显示结蛋白、αSMA和DLK1的表达。成肝细胞亚群中DLK1的弥漫染色也很明显。放大倍数,×200。B类E9.5、E13.5和E17.5小鼠胚胎的免疫组织化学。在E9.5胚胎中,DLK1在前肠内胚层表达(前景)和WT1+间质横隔(stm公司).小时,心脏。在E13.5胚胎中,DLK1以白蛋白表达+成肝细胞和ALCAM+间皮细胞(箭头)和亚等温细胞(箭头)在肝脏表面。一些结蛋白+HSC和血管周围间充质细胞表达DLK1(箭头). 在E17.5胚胎中,DLK1在成肝细胞中的表达减弱,但在ALCAM中持续表达+间皮细胞(箭头)和亚等温细胞(箭头). 一些结蛋白+HSC和p75Ntr+Sma公司+血管周围间充质细胞(箭头)快速DLK1。用DAPI对细胞核进行复染。(生成此图的原始斑点如所示补充图S1.)C类GFP的FACS+来自GFP-Coll小鼠E13.5胚胎或成年肝脏的细胞。WT室友被用作阴性对照。GFP公司+对群体进行mRNA表达分析。D类FACS分离的肝细胞定量PCR。表达式值根据Gapdh公司.GFP+来自E13.5或成人肝脏的人群富含结蛋白和Col1a1的表达。E13.5 GFP+与成体GFP相比,细胞强烈表达Dlk1、Lhx2和Ptn+单元格**,第页与E13.5 GFP相比<0.01+细胞。

免疫印迹分析

HSC在10-cm培养皿中培养7天,然后感染Ad.LacZ.shRNA或Ad.Dlk1.shRNA,感染次数为100次,再感染3天。然后用PBS清洗细胞一次,如前所述分离核蛋白和细胞溶质蛋白(). 用SDS-PAGE分离等量的核或细胞溶质提取物(20μg),并将其电印在硝化纤维素膜上。抗DLK抗体(Abcam),p-AKT,AKT,p-ERK、ERK、p-cMET或cMET、β-catenin、非磷酸化β-catentin和磷酸化-Ser-552-β-catenin(细胞信号技术)在TBS(100 m三氯化氢,1.5NaCl,pH 7.4)与5%脱脂牛奶混合,然后与辣根过氧化物酶结合二级抗体(Santa Cruz Biotechnology)以1μg/10 ml的浓度孵育。使用ECL试剂盒(Amersham Biosciences)通过化学发光法检测蛋白质。

重组腺病毒载体的构建与应用

根据制造商的说明,使用BLOCK-iT腺病毒RNAi表达系统(Invitrogen)构建表达necdin shRNA的复制活性重组腺病毒。选择对抗大鼠和小鼠的最佳shRNA深1基因,我们首先使用Invitrogen shRNA设计器设计了四个shRNA寡核苷酸。其中,在+375(5′-GGACGAAAATTCTGCGAAAT-3′)时最有效。CACC的一个附加序列被添加到5′端,AAAA被添加到互补序列的5′端。这两个DNA寡核苷酸退火生成dsDNA,随后使用BLOCK-iT U6 RNAi Entry vector试剂盒将其克隆到pENTR/U6载体中。使用Gateway LR Clonase II Enzyme Mix和pAd/BLOCK-iT-DEST网关载体试剂盒,通过LR重组反应将pENTR/U6 necdin shRNA载体中的U6 RNAi盒转移到腺病毒表达质粒。然后用PacI消化分离的腺病毒表达克隆,以暴露倒置的末端重复序列,并使用Targefect F-2(高级靶向系统)转染到293A细胞中,以生产粗腺病毒库存。如前所述,在293A细胞中进行了腺病毒载体的大规模扩增(,4). 用293A细胞的标准斑形成试验测定纯化病毒的滴度。构建了表达β-半乳糖苷酶shRNA的腺病毒(Ad.LacZ.shRNA)作为对照shRNA载体。在感染倍数为50、100和200的第6天培养激活的大鼠HSC中测试Nectin沉默效率。表达GFP、PPARγ和PPARγ显性阴性突变体(剑桥大学Krishna K.Chatterjee博士馈赠)或Dkk-1(斯坦福大学Calvin Kao博士馈送)的腺病毒也进行了类似的扩增和纯化,并测定了它们的滴度。

瞬时转染和报告基因检测

为了确定necdin、Wnt或DLK1本身对DLK1的调节,将全长深1通过使用Targefect F-2构建启动子(−1950/+36)-荧光素酶(首尔京熙大学Sang Hoon Kim博士的礼物),6小时后感染Ad.LacZ.shRNA、Ad.necdin.shRNA或Ad.Dkk1,感染100倍,持续2天。对于深1启动子联合转染分析中,细胞被联合转染不同数量的necdin(大阪大学吉川博士赠送)或DLK1-HA表达载体、LEF或dnTCF表达载体(华盛顿大学西雅图分校Randall T.Moon博士赠送)。为了测试Shh抑制对DLK1启动子活性的影响,嗯7瞬时转染启动子报告子的细胞,用不同浓度的环胺处理2天。TOPFLASH启动子-荧光素酶构建物(包含8个野生型T细胞因子(TCF)/淋巴增强因子结合位点,这是Randall T.Moon博士的礼物)也与Huh7细胞中不同数量的DLK1表达载体共同转染,以评估DLK1对典型Wnt通路的影响。收集细胞裂解液以测定萤火虫和雷尼利亚使用双荧光素酶报告分析系统(Promega)进行荧光素素酶活性测定,结果通过雷尼利亚荧光素酶活性。

染色质免疫沉淀(ChIP)

用于测试DLK1静默是否减少MeCp2与Ppar公司以Raji细胞为载体染色质来源,进行γ启动子载体ChIP的研究。在本分析中,Raji细胞(1.4×107)添加到培养的HSC中(0.2×6细胞)进行或不进行DLK1沉默或Wnt3或Ad.dnPPARγ处理,并在室温下用1%甲醛在旋转平台上短暂固定10分钟,然后添加甘氨酸至最终浓度0.125将培养基中的刮除HSC和Raji细胞旋转下来,并用带有蛋白酶抑制剂的冷PBS清洗。用SDS缓冲液(1%SDS,10 m)分解细胞后EDTA,50米Tris-HCl,pH 8.1)和蛋白酶抑制剂,对裂解产物进行超声波处理,并将其冷冻在等分样品中。对于ChIP,首先用蛋白G-琼脂糖对稀释样品进行预处理,然后在4°C下用1μG/μl的MeCP2抗体(Abcam)孵育过夜,然后用蛋白G-琼脂糖沉淀。免疫沉淀复合物洗脱后,用5NaCl和用蛋白酶K消化的蛋白质。提取的染色质使用位于Ppar公司最近描述的γ启动子(9).计算机断层扫描减去非免疫IgG样本的值,并与各自的输入值进行比较计算机断层扫描值。

统计分析

所有数值数据均表示为平均值±S.D.,差异的显著性由双尾t吨测试。

结果

Dlk1在成年大鼠肝脏中由HSC选择性表达并诱导HSC活化

我们首先研究了深1通过定量PCR和免疫印迹分析从成年雄性大鼠肝脏分离的四种不同细胞类型。深1HSC中mRNA水平至少是其他细胞类型的几倍(图1A类). 免疫印迹分析显示,在1天(D1)静止的HSC中有一个独特的~60kDa带,小分子物种(<50kDa)的表达较弱,但在窦状内皮细胞或Kupffer细胞中没有(图1B类). 肝细胞显示出这些蛋白的微弱表达,这可能是由于在常规分离技术后,一小部分HSC不可避免地受到污染所致(39). 由于选择性剪接和翻译后修饰,DLK1的这些分子形式的表达已在前面描述过(21,40,41)在塑料(D7)上培养7天后经历“激活”的HSC显示出DLK1的明显诱导,与用二甲基亚砜处理的3T3L1前二细胞成纤维细胞中的DLK1诱导非常相似。相反,用脂肪细胞分化混合物MDI处理3T3L1细胞后生成的脂肪细胞表达减弱(图1B类). 接下来,我们检查了深1在结扎和切断总胆管或重复注射CCl诱导实验性肝纤维化大鼠分离的活化HSC中4在这两种模型中,孤立的HSC都显示出上调深1mRNA表达与α1(I)前胶原相反,HSC分化或静止基因的表达受到抑制Ppar公司γ (图1C类). 这些结果表明深1在肝脏的HSC中选择性表达并在HSC激活中诱导在体外体内

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A类,定量PCR分析深1mRNA显示HSC与Kupffer细胞相比具有选择性表达(KC公司),窦状内皮细胞()或肝细胞(水电站)从成年大鼠肝脏中分离得到。B类,免疫印迹证实DLK1在第1天的选择性表达(第1页)HSC,并在塑料上培养7天的活化HSC中显示DLK1诱导(D7日). 同时,DLK1在3T3L1前脂肪细胞成纤维细胞中的表达(二甲基亚砜)MDI治疗后产生的脂肪细胞(MDI公司)如图所示。C类,深1胆管结扎诱导实验性肝纤维化分离的HSC中mRNA的诱导(巴西存托凭证)或重复CCl4注入。*,第页与相应对照组相比,<0.05。误差线、S.D。

Dlk敲除将激活的HSC逆转为静止细胞

接下来我们表达shRNA以对抗深1通过培养激活的HSC中的腺病毒载体来确定深1细胞命运调节。在感染表达shRNA的腺病毒(Ad.Dlk1.shRNA)后48~72小时内,主要全长Dlk1的表达比感染表达shRNA-LacZ公司(Ad.LacZ.shRNA)(图2A类). 这种操作将活化细胞的表型逆转为静止或分化HSC的表型,通过紫外线激发的维生素A自体荧光评估细胞内维生素A含量增加,通过油红O染色检测脂质含量增加(图2B类). 这种形态逆转伴随着HSC激活相关基因的抑制表达,如尼可丁(Ncd),α1(I)前胶原(Coll),规范Wnts(重量10bWnt3a型)、和但静止基因的表达增加,如Ppar公司γ和C/ebp公司α (图2C类). 我们通过测试DLK1表达载体对TOPFLASH启动子活性的影响,进一步测试了DLK1在经典Wnt信号传导中的调节作用。在本实验中,我们使用Huh7细胞,因为活化的HSC或HSC系已经表达高水平的DLK1。如所示图2D类DLK1的表达显著增加了TOPFLASH活性。结合以下结果深1敲除,这些数据表明DLK1对典型Wnt通路的正向调节。

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A类,免疫印迹显示DLK1敲除(上部面板)通过表达shRNA的腺病毒深1(Ad.Dlk1.shRNA)针对LacZ表达shRNA的控制载体(Ad.LacZ.shRNA)。下部面板是装载蛋白质的Ponceau染色。B类,深1用Ad.Dlk1.shRNA敲除可使培养激活的大鼠HSC形态逆转为静止表型,如紫外线激发的自体荧光所示,维生素a含量增加,油红O染色所示脂质含量增加。C类,深1敲除上调脂肪生成基因,Ppar公司γ和C/ebp公司α,同时下调激活标志物,如尼可丁(Ncd),α1(I)前胶原(Coll),规范重量10bWnt3a型、和嘘。*,第页< 0.05; **,第页< 0.01; ***,第页与Ad.LacZ.shRNA感染的细胞相比<0.005。误差线、S.D。D类,DLK1的表达增加了瞬时转染启动子荧光素酶结构体和DLK1表达载体的Huh7细胞中TOPFLASH启动子的活性。*,第页与基础启动子活性相比<0.05。E类、Wnt3a添加或dnPPARγ表达增加MeCP2与Ppar公司γ启动子,而PPARγ表达降低它。Dlk1型敲除(Ad.Dlk1.shRNA)将MeCP2的富集降低到Ppar公司γ启动子,恢复Ppar公司γmRNA表达和下调α1(I)前胶原表达。但这些效应会因Wnt3a的添加或显性阴性突变体的表达而消失Ppar公司γ(Ad.dnPPARγ)。腺病毒载体(Ad.PPARγ)表达PPARγ在抑制MeCP2结合和α1(I)前胶原表达式,但不会对通过以下方式实现的这些参数的抑制产生累加效应深1击倒。*,第页与Ad.LacZ.shRNA或Ad.GFP感染的细胞相比,<0.05;†,第页与不含Wnt3a的Ad.Dlk1.shRNA或Ad.GFP的水平相比,<0.05。F类Wnt3a和Wnt10b的表达减少了深1通过表达dnPPARγ,敲除被废除。PPARγ表达可将Wnt3a和Went10b降低至深1击倒,但与深1击倒。*,第页与Ad.LacZ.shRNA或Ad.GFP相比<0.05;†,第页与未添加Wnt3a的Ad.Dlk1.shRNA或对照GFP表达相比,<0.05。

依赖Wnt抑制和Pparγ活性的Dlk1敲除表观性去抑制Pparγ

HSC的激活是由于失去Ppar公司γ表达和异位PPAR(购电协议)活化HSC中γ表达恢复其平静(,4). 损失Ppar公司γ表达是由于MeCP2介导的表观遗传抑制(8,9). MeCP2协调异染色质的形成Ppar公司γ基因座不仅与启动子结合并招募HDAC和联合阻遏物HP-1α,而且上调EZH2并增加H3K27在3′外显子处的二甲基化或三甲基化(8,9). 正如我们之前的研究所预期的那样(8),Wnt3a的添加进一步增加了MeCP2对Ppar公司培养活化HSC中的γ启动子(图2E类,左侧面板,第3根钢筋与第1根钢筋). 用腺病毒载体(Ad.dnPPARγ)表达PPARγ显性阴性突变体也增加了富集(第4条与第2条)而PPARγ(Ad.PPARγ)的表达有效地抑制了它(5档与2档bar),表明完整的PPARγ活性在防止MeCP2介导的表观遗传抑制Ppar公司γ. 接下来,我们确定是否恢复了Ppar公司γ表达和HSC表型逆转深1敲除伴随着MeCP2与启动子结合减少。事实上深1敲除显著降低MeCP2对启动子的富集(第6条与第1条). 因为深1击倒抑制典型Wnts(图2C类)哪一个调解Ppar公司γ表观遗传阻遏(8),我们询问是否通过添加外源Wnt3a来消除敲除导致的MeCP2富集减少。这种治疗确实阻止了MeCP2结合的减少,甚至使其超过控制水平(8巴与6巴)表明表观遗传去抑制依赖于Wnt抑制。接下来,我们检查了Ad.dnPPARγ和Ad.PPARγ对深1击倒。dnPPARγ而非野生型PPARγ的过度表达阻止了通过深1敲除,表明这种去抑制效应也依赖于完整的PPARγ活性。并行分析Ppar公司γ和α1(I)前胶原mRNA水平表明Ppar公司γ和抑制的α1(I)前胶原表达式深1Wnt3a的添加或dnPPARγ的表达也阻断了敲除(图2E类,中间的右侧面板). Ad.PPARγ升高Ppar公司γmRNA达到深1击倒并减少前胶原表达方式深1击倒(最后三个小节属于图2E类,中间的右侧面板). 为了检查Wnt抑制和PPARγ活性之间的潜在联系,这两者都是去抑制所必需的Ppar公司γ基因,我们评估了dnPPARγ对典型Wnt3a和Wnt10b表达的影响。正如预测的那样,Dlk公司击倒调节两者Wnt3a型重量10b,但dnPPARγ过度表达完全消除了这种作用(图2F类)表明PPARγ活性本身下调了Wnts公司由DLK1诱导。为了支持这一观点,PPARγ的表达将Wnt3a和Wnt10b降低到深蓝色shRNA,以及深蓝色敲除和PPARγ表达没有加性效应,这表明PPARγ的表达通过深蓝色敲低使Wnt表达受到最大抑制。总之,这些结果表明DLK1通过表观遗传抑制负调控PPARγ的表达,并通过减少PPARγ介导的抑制上调典型Wnt的表达。

Dlk1与其他形态因子相互作用的控制

接下来我们研究了如何Dlk1型HSC的表达受其他形态原调控,如Wnts公司,尼可丁、和显示参与HSC激活(6,8,42). 在第7天培养激活的HSC中,深1mRNA表达受到Wnt共受体拮抗剂Dickkopf-1(DKK1)对典型Wnt信号的抑制,尼可丁shRNA和Shh抑制剂环胺(图3A类).深1TCF的表达上调启动子活性,而dnTCF或Wnt共受体拮抗剂DKK1的表达则抑制启动子活性(图3B类)在激活的HSC线路BSC中,表明标准Wnt信号诱导深1通过启动子激活表达。深1启动子同样被necdin激活,并被尼可丁shRNA(图3C类). 因为我们早期的工作确定necdin是Wnt10b转录的正调控因子(8),我们接下来测试necdin是否诱导深1启动子的激活依赖于典型的Wnt途径。事实上,necdin诱导的启动子活性被DKK1的表达完全阻断(图3C类,右侧面板). 事实上,DKK1甚至抑制基础启动子活性,这表明内源性necdin在激活Wnt通路和Dlk1型发起人。环磷酰胺也抑制深1启动子活性(图3D类). 总的来说,这些结果表明深1受到Wnt、necdin和Shh的积极监管。因为Dlk1型敲除还减少Wnt10b、Wnt3a、necdin和Shh的表达(图2C类)DLK1与其他形态因子之间似乎存在正的交叉作用。此外,DLK1也具有自我传导作用,因为DLK1的表达会诱导DLK1表达,而DLK1敲除会减少Dlk1型启动子活性(图3E类).

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A类,深1通过腺病毒表达Wnt共受体拮抗剂DKK1或necdin shRNA,或通过使用环胺(16μ). *,第页与由虚线。B类,深1通过瞬时转染BSC细胞系评估启动子活性深1启动子荧光素酶通过TCF表达上调(0.5~1.5μg TCF质粒),但通过显性阴性TCF(dnTCF)或DKK1.*表达降低,第页与基础启动子活性相比<0.05。C类,Huh7细胞中的Dlk1启动子活性因necdin(0.25~1μg质粒)的表达而增加,但因necdin-shRNA而降低(左侧面板). 由于necdin在BSC细胞系中过度表达,我们使用Huh7细胞检测necdin表达的影响。Wnt拮抗剂Dkk1的表达可消除necd诱导的深1启动子活性和降低基础启动子活性(右侧面板). *,第页与基础启动子活性相比<0.05†,第页与用Ad.GFP感染的细胞相比,<0.05。D类,深1BSC系中的Shh抑制剂环胺降低了启动子活性。*,第页与基础活性相比<0.05。E类,深1启动子活性通过DLK1表达增加(62.5~250 ng DLK1-HA质粒),通过深1用shRNA敲除Huh7细胞。与BSC系相比,使用Huh7细胞是因为DLK1的表达相对较低。*,第页与基础启动子活性相比<0.05。误差线、S.D。

Dlk1在肝再生中的上调作用

令人信服的证据表明,活化的HSC参与肝脏再生。为了测试HSC衍生的DLK1在肝脏再生中的潜在作用,我们首先检测了深1在70%PH后的前24小时和随后的7天期间,从小鼠再生肝脏中提取的总RNA中的mRNA。深1在PH之前表达非常低,并且在24小时时逐渐上调>40倍,并且这种诱导发生在诱导已知的有丝分裂原和共有丝分裂原基因之后,例如血红蛋白,天花α、 和伊尔6PH后1~4小时(图4A类,左边). 这个深蓝色消息在第3-7天减少到基础水平(图4A类,右)。诱导尼可丁重量10b在第2天至第3天开始出现,震级低得多,并且导入在第7天晚了(图4A类). 这个归纳法深124小时提示我们检查此时点分离的HSC和HCs。PH后24小时分离出的HSC显示深1与Sham术后24小时分离的HSC相比,mRNA水平(图4B类). 从Sham小鼠中分离出的HCs的深1表达,但在24小时后PH动物中显著增加(图4B类). 这些HSC和HCs在与孔底部的HSC和插入物上的HCs分离后立即进行共培养(图4C类). HCs的DNA合成由[H] 在培养基中不存在或存在抗DLK1抗体的情况下掺入胸苷。与Sham HCs相比,PH HCs的增殖显著增加。在培养基中添加抗DLK1抗体可消除PH-HC增殖的增加,但对Sham HCs无影响(图4C类). 在另一组相同的实验中,深1在HSC和HCs中测定mRNA水平。诱导深1抗DLK1抗体可完全消除PH小鼠两种细胞类型中的表达(图4D类)表明存在自分泌和旁分泌循环。

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A类,的表达式深1显示PH后的细胞因子和生长因子。请注意Dlk1型在诱导后逐渐诱导天花α,伊尔6、和血红蛋白在24小时达到峰值(左侧面板).深1诱导后2~3天Wnt10b和necdin轻度上调,第7天Shh轻度上调。B类PH后第1天分离的HCs和HSC在深1两种细胞类型的mRNA水平,第页与Sham-operated小鼠分离的相应细胞相比,<0.05。C类在PH后第1天分离的HCs和HSC共同培养,以测定在没有或存在抗DLK1抗体的情况下HC的DNA合成。注意,PH HC增加的DNA合成被抗DLK1抗体消除。*,第页与非免疫IgG的Sham HC相比<0.05;†,第页与非免疫IgG的PH HC相比,<0.05。D类,在一个与C类,深1测定两种细胞类型的mRNA水平。请注意深1通过添加抗DLK1抗体,两种细胞类型中的上调被完全消除。*,第页与非IgG治疗相比,<0.05。E类根据小鼠PH后第1、2和3天BrdU掺入测定,PH后6 h给予抗DLK1抗体显著减弱HC DNA合成。*,第页与PH小鼠非免疫IgG治疗相比,<0.05。F类中描述的抗DLK1抗体治疗E类如通过PH*后第1天和第2天的肝脏重量/体重分数评估的那样,减少肝脏生长,第页与IgG治疗相比<0.05。误差线、S.D。

接下来,我们在PH模型中测试中和抗体的效果体内在本实验中,抗体或等量的非免疫IgG(27μg)在PH后6小时(时间点)通过尾静脉注射深1mRNA开始增加。在牺牲前,注射BrdU,通过免疫组织化学法对HC DNA合成进行后续评估。在第1天、第2天和第3天,经抗DLK1抗体治疗的动物中,与注射非免疫IgG的动物相比,BrdU并入PH HCs的比例始终较低(图4E类). 第1天的中和抗体治疗也降低了通过肝脏重量与体重的比值评估的肝脏生长(第页<0.05)和第2天(第页=0.05,使用双尾t吨试验),但在第3天和第7天未观察到显著差异(图4F类). 这些对肝脏再生的抑制作用与深1(支持抗DLK1抗体充分阻断自我传导),第75页,重量10b、和Ptn公司mRNA,但不是Tnfa公司,伊尔6、和血红蛋白(图5A类); 减少的G1(细胞周期蛋白D)和S(细胞周期素A)相细胞周期蛋白及其伴侣的细胞周期蛋白依赖激酶(CDK4和CDK1/2),以及p-ERK1/2和p-第1天、第2天和/或第3天的AKT盒装污渍在里面图5B类这些结果表明,在PH后HSC和HCs中诱导的DLK1在诱导生长因子基因如重量10b,铂族锡,或第75页DLK1的中和作用导致PH后生长信号减弱和早期肝脏生长重量10b因为它诱导典型的Wnt信号传导,进而激活许多被抗DLK1抗体抑制的细胞周期基因。为了解决这种可能性,我们检测了第2天PH肝脏的肝蛋白提取物中非磷酸化(稳定)β-连环蛋白和总β-连环素的蛋白质水平。抗-DLK1抗体治疗确实使稳定的β-连环蛋白水平降低了75%,总β-连环素水平略有降低(图5C类). β-连环蛋白在Ser-552被活化的AKT磷酸化,这种修饰增加了其核转位和活性。因为p-AKT通过抗体治疗降低(图5B类),我们认为p-β-catenin(Ser-552)水平也可能降低。的确,p-通过抗体治疗,β-catenin(Ser-552)水平降低了55%(图5C类). 总之,这些结果表明,DLK1-Wnt10b-β-catenin通路有助于肝再生中的HC增殖,并且HC DLK1是由HSC衍生的DLK1诱导的。为了测试后一种可能性,我们进行了一项交叉培养实验,其中来自Sham的HCs与来自Sham或PH的HSC共同培养深1重量10b当与PH-HSC而不是Sham HSC共同培养时,在Sham HCs中诱导表达,并且通过在培养物中添加抗DLK1抗体可以消除这些诱导(图5D类)支持HSC-衍生DLK1通过DLK1-Wnt10b途径介导HCs有丝分裂反应的观点。

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A类,抗DLK1抗体治疗图4E类,减少深1,第75页,重量10b、和铂族锡PH后第1天、第2天或/和第3天再生肝脏中的mRNA表达。mRNA水平通过肝脏总RNA的定量PCR测定,并由看家基因标准化m36B4型,并表示为与第0天(在PH之前)的对照值相比的-倍变化。*,第页与非免疫IgG治疗组相比<0.05(免疫球蛋白G).B类抗DLK1抗体治疗可降低CDK4、细胞周期蛋白D、CDK1/2、细胞周期素A、p-ERK1/2、p-PH后第2天AKT。生成此图的原始斑点如所示补充图S1C类,抗DLK1抗体治疗显著降低p-β-连环蛋白(Ser-552)、稳定的非β-连环素以及PH后2天再生肝脏中的总β-连链蛋白,通过免疫印迹密度分析测定。*,第页< 0.05; **,第页与非免疫性IgG处理小鼠的肝脏相比,<0.01。D类与Sham HCs和Sham或PH HSC的交叉共培养实验揭示了HC的诱导深1重量10bPH-HSC的表达被抗DLK1抗体消除,表明HSC-衍生的DLK1激活HC中的DLK1-Wnt10b通路,第页与与Sham HCs共培养相比<0.05;†,第页与IgG治疗相比<0.05。误差线、S.D。

DLK1在小鼠胚胎肝中的表达

已知DLK1由成肝细胞表达(27)但我们在肝脏再生模型中的发现表明,DLK1也可能在发育中的肝脏中由HSC表达。为了研究这个问题,我们首先在E5鸡胚胎肝脏第一叶发育时对DLK1、结蛋白和αSMA进行免疫染色。围绕成肝细胞岛或代码的胚胎HSC结蛋白和αSMA染色阳性(图6A类)支持胚胎HSC具有激活表型的观点。这些HSC也为DLK1阳性染色。此外,肝母细胞亚群对DLK1呈弥漫阳性。在E9.5的小鼠胚胎中,前肠内胚层和WT1+横隔间质,HSC起源于此(43),快速DLK1(图6B类). 在E13.5,除白蛋白外+成肝细胞,ALCAM+间皮细胞和近中性层细胞,最近被证明是HSC的前体(43),在肝脏表面表达DLK1(图6B类). Desmin公司+HSC和血管周围间充质细胞偶尔DLK1阳性(图6B类). 在E17.5胚胎中,肝母细胞中DLK1表达降低(图6B类)如前所述(27)并坚持ALCAM+间皮细胞和近中性层细胞(图6B类). 此外,一些结蛋白+HSC和p75NTR+α形状记忆合金+E17.5肝脏中血管周围间充质细胞明确表达DLK1(图6B类). 接下来,我们使用胶原蛋白启动子-GFP(Coll-GFP)转基因小鼠通过FACS从E13.5胚胎或成人肝脏分离肝间充质细胞(图6C类). 由于胚胎HSC缺乏脂肪/维生素A,而且其特定的表面标记物尚未确定,因此GFP+细胞群,包括HSC、亚胚层细胞和血管周围间充质细胞,是我们能研究的最好的细胞群。如所示图6D类,千帕+E13.5和成人肝脏中的人群富含结蛋白和α1(I)前胶原(Coll)表达细胞。与E13.5 GFP相比+细胞,表达水平深1成年GFP mRNA显著降低+单元格,类似于长x2铂族锡,基因在胎肝间充质细胞中的表达(图6D类). 相反Gfap公司Ppar公司成人GFPγ增加+细胞。这些结果表明,DLK1在HSC祖细胞和HSC以及发育中肝脏的成肝细胞中表达,与我们在成年小鼠再生肝脏中的观察结果类似。

讨论

本研究的结果表明,DLK1在成人肝HSC中选择性表达,并在培养、实验性肝纤维化和再生中上调HSC激活。深1敲除通过表观遗传去表达Ppar公司γ和PPARγ的恢复表达依赖于典型Wnts的抑制。根据DLK1作为抗血脂介质的既定功能(19,21)这一发现进一步强化了以下概念:脂肪生成调节的丧失是HSC细胞命运向肌纤维母细胞转移的基础(9). 最近的一份出版物报道了DLK1在HSC激活中的因果作用以及深1沉默以减轻CCl诱导的实验性纤维化4(44). 本文的研究结果为观察到的抗纤维化作用提供了表观遗传学基础深1沉默涉及HSC命运调控。然而,HSC的激活在肝脏的创伤修复反应中具有多维功能,包括它们对肝脏再生的贡献。事实上,本研究确定DLK1是PH模型中肝脏再生的新的早期介质。因此,盲目地将DLK1或HSC激活作为肝病治疗目的在逻辑上可能是不正确的,因为它可能会损害再生反应。

在PH后的肝脏再生中,通常不表达的HC深1上调该基因的表达。这与胚胎肝母细胞表达DLK1一致(27). 添加抗DLK抗体抑制增殖和深1PH-HCs与HSCs共同培养表达,提示旁分泌和/或自分泌的作用模式。因为我们也使用了非对照共培养模型,这些结果表明,串扰效应必须通过一种裂解的可溶性形式来调节脂肪细胞分化(29). 此外,我们的结果还证明了DLK1对深1转录(图3E类),增强了HSC-衍生DLK在HSC中自动诱导其表达,同时对HCs具有相同诱导作用的可能性。DLK1也可能上调其他介质的表达,从而在HCs中呈现增殖信号。DLK1与Wnts、necdin和Shh积极交叉作用(图3,A–D). PH后体内,这些形态因子的诱导滞后于早期深1肝再生中的上调(图4A类),表明它们可能是该模型中DLK1的下游效应器。这个体内中和实验表明,在早期肝再生过程中,HC DNA合成和肝脏生长受到显著抑制。这种抑制伴随着早期再生信号的减少,如p-ERK1/2、p-AKT和cyclins/CDKs。HC有丝分裂原重量10b铂族锡通过抗DLK1抗体治疗下调体内(图5A类)或体外(图5D类). 抗体治疗后稳定的β-catenin水平降低表明典型Wnt信号被抑制,而Wnt信号反过来可能减弱生长信号,如p-ERK和p-AKT公司。当然,一些细胞周期基因,如周期D1是典型Wnts的直接目标。此外,我们与Sham HCs和PH HSC的交叉培养实验结果强烈表明,HSC衍生的DLK1在HC中诱导DLK1-Wnt10b通路,作为一种有丝分裂机制。然而,HCs和HSC中DLK1的下游可能还有其他介质参与肝再生,包括铂族锡第75页

抗DLK1抗体对肝再生的抑制作用是暂时的,并在以后的时间点消失。这可能是由于在PH后6小时通过单次注射抗体使DLK1暂时或不完全中和,或可能的补偿机制恢复了正常的再生活性。尽管如此,我们的研究首次确定HSC-衍生DLK1在PH后早期促进HC增殖和肝再生中的关键作用,最有可能通过DLK-Wnt10b途径。

我们对胚胎肝脏中DLK1的表达分析也证明了该蛋白在鸡胚HSC和小鼠胚胎HSC前体细胞(间皮细胞和亚间皮细胞)和HSC中的表达以及成肝细胞的表达,建立了一个与我们在成人肝再生中所示类似的观察结果。这提出了一种有趣的可能性,即DLK1的旁分泌自分泌环也可能参与肝脏发育。肝细胞源性DLK1也可能在肝再生过程中通过HSC诱导DLK1表达。这一范式最近被提出用于CCl4-诱导性肝纤维化(44). 在该研究中深1与PH后第1天分离的肝细胞相比,HSC中mRNA的表达水平更高形成鲜明对比(图4B类). 与CCl隔离的HSC4-诱导性和淤胆性肝纤维化显示深1信使核糖核酸(图1C类). 我们的跨文化实验也证明了深1在假手术小鼠的肝细胞中深1)与表达丰富的PH小鼠HSC共同培养深1并用抗DLK1抗体消除这种作用(图5D类). 因此,我们提供了令人信服的证据表明HSC上调深1在培养以及纤维化和再生模型中的激活。目前尚不清楚这种差异的原因。

全球的深1敲除小鼠可以考虑在肝脏发育和再生中测试这种形态原。深1基因敲除小鼠出生前和出生后发育迟缓,伴有骨骼畸形(45),但尚未检查肝脏表型。这些小鼠还表现出高脂血症和肥胖增加(45). 由于这些代谢并发症可能会对评估肝再生、细胞类型特异性深1消融似乎是一种最合理的方法,它也将为HSC-肝细胞串扰提供更多的见解。

总之,我们的研究首次证明HSC是正常成人肝脏中DLK1的主要来源深1诱导通过表观遗传抑制HSC的肌纤维母细胞转分化Ppar公司γ涉及典型Wnt途径。活化HSC中诱导的DLK1通过其与靶细胞的旁分泌和自我传导相互作用,对HC的肝再生具有促进生长的作用。对DLK1介导的间质-上皮相互作用的详细研究可能揭示潜在的治疗靶点,以最大限度地提高慢性肝病的疗效。

补充材料

补充数据:

*这项工作得到了美国国立卫生研究院P50AA011999(给H.T.)、R24AA012885(给H.T.)、U01AA018663(给H.T.)、RC2AA019392(给H.T.)和R01AA020753(给K.A.)的全部或部分支持。这项工作也得到了退伍军人事务部医学研究服务处的支持。

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为sbox.jpg本文包含补充图S1

2使用的缩写为:

HSC公司
肝星状细胞
美国资产负债管理委员会
活化白细胞粘附分子
CCl公司4
四氯化碳
CDK公司
细胞周期蛋白依赖激酶
Coll-GFP公司
胶原促进剂-GFP
数据链路1
类δ1同系物
E类
胚胎期
HC公司
肝细胞
MeCP2型
甲基CpG-结合蛋白2
酸碱度
肝部分切除术
PPARγ
过氧化物酶体增殖物激活受体γ
α形状记忆合金
α-平滑肌肌动蛋白。

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文章来自生物化学杂志由以下人员提供美国生物化学和分子生物学学会