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.2019年9月;20(9):e47425。
doi:10.15252/embr.201847425。 Epub 2019年8月6日。

细胞周期蛋白C的线粒体易位通过Bax募集刺激内源性凋亡

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细胞周期蛋白C的线粒体易位通过Bax募集刺激内源性凋亡

扬·杰泽克等。 EMBO代表. 2019年9月.

摘要

内在凋亡需要由Bcl-2同源蛋白Bax的募集、激活和寡聚引发的线粒体外膜破坏。氧化应激后,我们证明转录调节因子cyclin C被释放到胞浆中,在胞浆中它指导线粒体断裂和有效的凋亡诱导。这项研究表明,正常Bax活化及其有效的线粒体定位都需要细胞质细胞周期蛋白C。这种活性直接表现为细胞周期蛋白C与应激细胞中的活性Bax共同免疫沉淀,并在体外结合重组Bax。此外,稳定的细胞周期蛋白C-Bax结合需要裂变复合物。在没有任何应激信号的情况下,药物刺激细胞周期蛋白C核释放足以促进Bax的结合及其线粒体定位。然而,由于Bax不能寡聚,这些细胞不会发生细胞死亡。这些数据支持一个模型,即细胞周期蛋白C的关联定义了Bax线粒体募集的初始步骤,并在裂变和凋亡因子之间提供了物理联系。这种策略使细胞能够区分应激诱导的分裂,从而从其他类型的线粒体分裂中招募Bax。

关键词:Bcl-2同源性;Cdk8;细胞凋亡;细胞周期蛋白C;线粒体。

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数字

图EV1
图EV1。正常Bax活化需要细胞周期蛋白C
  1. A、 B类

    在(A)和(B)H之前和之后,对野生型MEF培养物的细胞核(DAPI)、细胞周期蛋白C(间接免疫荧光)和线粒体(MitoTracker Red)进行染色2O(运行)2治疗(0.4 mM,4小时)。收集并分析共焦图像,以便在细胞内使用z(z)指示强度的轴。红色和绿色的峰表示细胞周期蛋白C和线粒体之间的共定位。注意,细胞周期蛋白C的阴影通常位于峰的一侧,表示与线粒体末端的关联,表明在裂变中起作用。棒材=10μm。

  2. C类

    正常Bax活化需要细胞周期蛋白C。用顺铂(CP)(30 mM,16 h)处理具有指定基因型的MEF培养物,然后通过荧光显微镜观察细胞核(DAPI)、细胞周期蛋白C(IF)和活化Bax(IF。图像合并在第四列。检查的每个部件的图像曝光是相同的。条形图表示20μm。最右侧提供了缩放图像(4倍)(条=10μm)。

  3. D类

    对具有指定基因型的MEF培养物的细胞周期蛋白C核释放进行定量。当细胞周期蛋白C总信号>15%为细胞质时,核释放得分为阳性。添加半胱天冬酶抑制剂Z‐VAD‐FMK以防止细胞凋亡的启动,从而对整个人群进行计数。测量了三个独立培养物,每个培养物100个细胞。错误条表示SD,星号表示P(P)使用学生的t吨‐测试。注意在非应激状态下细胞周期蛋白C核释放增加[Bax;贝克]−/−细胞。

  4. E类

    无应力WT和[贝克Bax公司]−/−对MEF细胞进行细胞核(DAPI)和线粒体(MitoTracker)染色。WT细胞线粒体形态显示正常的网状结构。双突变体细胞表现出中间表型,显示出部分破碎的线粒体,但未达到应激细胞中观察到的程度(见图EV1B)。

图1
图1。氧化应激诱导的Bax活化需要细胞周期蛋白C和裂变机制
  1. WT和中国网通 −/−MEF培养物用0.4 mM H处理2O(运行)2如图所示,制备提取物并用识别Bax活性构象的抗体进行免疫沉淀。对免疫沉淀物进行Western blot分析,并检测总Bax或cyclin C。对全细胞提取物(WCE)进行Westernblot分析以控制提取物中的蛋白质浓度。分子量标记(kDa)显示在左侧。

  2. 细胞周期蛋白C和Bax直接相互作用。重组Bax和SUMO-His6将细胞周期蛋白C在室温下一起或单独培养,然后传递给Co2+树脂。对洗脱物进行蛋白质印迹分析,探测Bax和细胞周期蛋白C(泳道4-6)。每个样本(1/10)的输入控制包括在通道1-3中。分子量标记(kDa)显示在左侧。

  3. 细胞周期蛋白C的线粒体重新定位是Bax激活所必需的。重复(A)中描述的实验,但H2O(运行)2如图所示,用1μM吡氟菊酯μ(PFT)处理细胞24小时。分子量标记(kDa)显示在左侧。

  4. 高效Bax‐Bcl‐X需要Cyclin C解离。用H处理后从具有指定基因型的MEF细胞制备的提取物2O(运行)2(0.4 mM,4 h)用普通Bax抗体免疫沉淀。免疫沉淀用Bcl‐X进行Western blot分析抗体。Western blot分析WCE作为输入浓度对照。分子量标记(kDa)显示在左侧。

  5. 线粒体裂变复合体是细胞周期蛋白C依赖性Bax活化所必需的。从MEF培养物中制备提取物,所示基因型经H处理2O(运行)2(0.4 mM,4小时)。提取物按(A)处理。分子量标记(kDa)显示在左侧。

  6. 细胞周期蛋白C–Bax相互作用需要Drp1。提取物由野生型或图纸1 −/−MEF培养物是否用H处理2O(运行)2并分析是否存在Bax和cyclin C,如(A)所述。分子量标记(kDa)显示在左侧。

图EV2
图EV2。顺铂治疗后正常凋亡效率需要Drp1
野生型和图纸1 −/−用几种浓度的顺铂处理MEF细胞,以Annexin V阳性、碘化丙啶(PI)阴性人群的百分比来确定凋亡效率。误差条代表SD,n个=3种独立的文化。星号表示P(P)<0.01使用学生的t吨‐测试。
图2
图2。细胞周期蛋白C的异位核释放足以诱导线粒体断裂和Bax募集,从而证实其活性
  1. 在S‐HAD处理之前(对照)和之后(10μM,4小时)固定野生型MEF细胞;然后,用荧光显微镜观察细胞核(DAPI)、细胞周期蛋白C(间接免疫荧光)和线粒体(线粒体追踪红)。合并面板仅显示DAPI染色(蓝色)。缩放面板(4×)由合并面板中的框表示。绿色箭头表示细胞周期蛋白C和线粒体共定位。条形图表示10μM。

  2. 野生型和中国网通 −/−用S-HAD(10μM)处理MEF细胞达到指定时间(n个 = 3). 误差条表示SD。星号表示P(P)预处理对照值<0.05(学生t吨‐测试)。

  3. S-HAD肽活性需要细胞周期蛋白C。用中国网通 −/−MEF文化。条形图表示10μm。结果在(B)中进行了量化。

  4. S-HAD治疗增加Bax线粒体定位。S‐HAD治疗前后(10μM,4 h)对细胞核和线粒体部分的指示蛋白质进行Western blot分析。Atp5A和纤维蛋白水平分别控制线粒体和核负荷。分子量标记(kDa)显示在左侧。

  5. 在用S-HAD(10μM)处理的野生型MEF培养物中监测Bax活化的时间。在S-HAD处理前2 h添加抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)(1 mM)。如图所示,对活性Bax免疫沉淀物进行Bax和cyclin C的Western blot分析。作为输入对照,监测提取物制剂中Bax、cyclin C和β-actin的水平。分子量标记(kDa)显示在左侧。

图EV3
图EV3。细胞周期蛋白C核释放促进Bax线粒体结合
用载体控制肽(−)或S-HAD(+)肽(10μM,2 h)处理后,从所示MEF培养物中制备线粒体重膜和细胞质亚细胞组分。对这些组分进行检测,以确定指示的蛋白质。Atp5A和Gapdh分别用于控制线粒体和细胞质组分。
图3
图3。单靠细胞周期蛋白C核释放不足以诱发PCD
  1. 通过荧光细胞分析,在用S-HAD(10μM,24 h)或顺铂(CP,30μM,16 h)处理的野生型MEF细胞中测量Caspase激活。n个 = 3. 误差条表示SD。*和**表示P(P)<0.05和P(P)分别<0.01,使用Student’st吨测试。

  2. S-HAD处理未诱导PARP裂解。如(A)所述,通过Western blot分析监测用S-HAD或顺铂(CP)处理的HeLa细胞中PARP的裂解。剥离印迹,并用β-actin抗体进行重制,作为负荷对照。分子量标记(kDa)显示在左侧。

  3. 野生型和中国网通 −/−如前所述,用S‐HAD和顺铂(CP)处理MEF培养物。对细胞进行成像和检查,以确定死亡的“四舍五入”表型诊断(定量见图EV4A)。

  4. 细胞周期蛋白C是正常Bax齐聚反应顺铂所必需的。由DSP交联野生型和中国北卡罗来纳州 −/−检测MEF细胞暴露于顺铂(30μM,16 h)后的Bax总量。指示Bax多聚物。分子量标记(kDa)显示在左侧。

  5. S-HAD不会诱导Bax齐聚。用S-HAD处理的培养物(10μM,24 h)重复(D)中所述的实验。指示Bax多聚物。分子量标记(kDa)显示在左侧。

  6. S‐HAD治疗使Hela细胞对顺铂敏感。如图所示,用顺铂(30μM)、S-HAD(10μM)和N-乙酰半胱氨酸(NAC,1 mM)处理Hela培养物。荧光细胞分析分别用于量化凋亡(Annexin V阳性)和坏死(PI阳性)人群百分比。n个=3种独立的文化。错误条表示SD。星号表示P(P)<0.05(学生的t吨‐测试)。

图EV4
图EV4。S‐治疗不会显著增加圆形脱落细胞的数量百分比
  1. 用载体(对照)、S‐HAD(10μM,24小时)或顺铂(CP,30μM,16小时)处理野生型MEF培养物,并计算仍粘附在培养皿上的细胞百分比。结果显示来自三种独立培养基,误差条表示SD,n.s.=无统计差异***P(P)<0.001,由学生计算t吨测试。

  2. S‐HAD增强的凋亡需要细胞周期蛋白C。使用Annexin V染色法测量细胞凋亡效率中国网通 −/−用顺铂(30μM,24 h)处理MEF培养物,添加或不添加4 h S-HAD(n个 = 3). 误差条表示SD。在单独顺铂处理的培养物中,Annexin V阳性细胞的百分比设置为1。

图4
图4。内源性ROS增强细胞周期蛋白C–Bax相互作用
  1. A类

    S-HAD处理诱导线粒体ROS。野生型和中国网通 −/−MEF培养物用S‐HAD(10μM,24 h)、鱼藤酮或载体对照物处理,如图所示。通过线粒体SOX染色(4μM,15 min)和定量共焦成像测量线粒体ROS。误差条指示SD。n个=3,星号表示P(P)<0.05(学生的t吨‐测试),不另作说明,无显著差异。

  2. B类

    抑制线粒体活性氧减少细胞周期蛋白C–Bax相互作用。野生型和中国网通 −/−用S-HAD(10μM,16 h)和100 nM线粒体特异性活性氧清除剂MitoTEMPO处理MEF培养物。蛋白质印迹分析如图1所示。分子量标记(kDa)显示在左侧。

  3. C类

    胰岛素治疗刺激S-HAD诱导的Bax活化。野生型和中国网通 −/−MEF培养物在添加或不添加胰岛素(10μg/ml)的情况下生长,然后用S‐HAD处理(10μM,4 h)。制备线粒体和细胞溶质部分,并探测指示蛋白。Atp5A和β-actin水平分别控制线粒体和细胞溶质负荷。两个印迹的制备、处理和显影完全相同。分子量标记(kDa)显示在左侧。

  4. D、 E类

    PCD诱导应激前(D)和后(E)Bax线粒体关联模型。在非应激细胞中,Bax持续对MOM进行取样,但不插入MOM,并被促生存蛋白(Bcl-2,Bcl-X)清除)在一个被称为逆向易位的过程中。为了应对压力,细胞周期蛋白C与Bax结合,以裂变复合物依赖的方式稳定其与MOM的相互作用。延长停留时间使Bax更有效地被应激激活的BH3蛋白靶向。仅BH3蛋白结合诱导构象变化,促进Bax-MOM插入、同源二聚体形成和低聚,最终导致PCD(详见正文)。

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引用人

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    1. Nunnari J,Suomalainen A(2012)《线粒体:疾病与健康》。手机148:1145–1159-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Youle RJ,van der Bliek AM(2012)线粒体分裂、融合和应激。科学337:1062-1065-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Breckenridge DG、Stojanovic M、Marcellus RC、Shore GC(2003)BAP31的半胱氨酸蛋白酶裂解产物通过内质网钙信号诱导线粒体分裂,增强细胞色素c向胞浆的释放。细胞生物学杂志160:1115–1127-项目管理咨询公司-公共医学
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