Cell Death Discov | 上海交通大学附属第六人民医院吴强组揭示Sirt5介导去琥珀酰化对于视网膜病变的保护机制

2022-03-04 04:16:44, 景杰生物杭州景杰生物科技股份有限公司

景杰生物 | 报道

糖尿病视网膜病变 (DR) 是糖尿病 (DM) 常见的神经和微血管并发症，其发病机制复杂。随着DR表观遗传学研究的日渐深入，组蛋白修饰成为其重点[1]。之前的研究发现琥珀酸积累导致 DR 大鼠的视网膜神经节细胞 (RGC) 功能障碍[2]，琥珀酸盐可以增强赖氨酸琥珀酰化(lysine succinylation)，其调控DR早期RGCs功能障碍的潜在机制有待进一步阐明。

蛋白质琥珀酰化修饰是主要发生于赖氨酸残基的一类蛋白质翻译后修饰，由芝加哥大学赵英明教授团队在Nature Chemical Biology首次报道[3]。Sirt5是重要的去琥珀酰化修饰酶，参与调节多种生物过程，例如活性氧防御，脂肪酸代谢和细胞凋亡[4]。optineurin (OPTN) 是最近发现的自噬受体，OPTN琥珀酰化在RGC 自噬流阻断中的影响和作用机制有助于理解DR的早期发病机制。

近日，上海交通大学附属第六人民医院吴强教授团队在Cell Death Discovery上发表了题为 “Sirt5-mediated desuccinylation of OPTN protects retinal ganglion cells from autophagic flux blockade in diabetic retinopathy” 的研究论文，文章研究了 DR 的潜在神经退行性机制，并证明 Sirt5 介导的 OPTN K108 位点去琥珀酰化可保护 RGC 免受 DR 中的自噬流功能障碍。景杰生物为该研究提供了定制OPTN K108 位点特异性识别琥珀酰化抗体及琥珀酰化修饰组学分析支持。

研究者首先采集了DR患者的玻璃体液样本进行了琥珀酰化修饰组学分析，在 161 种蛋白质中鉴定出了 404 个琥珀酰化修饰位点。与对照组相比，在DR组中检测到35个蛋白质中有74个位点被差异琥珀酰化。GO富集分析显示差异琥珀酰化蛋白主要位于细胞质中，参与防御反应的调节。其中OPTN在单个赖氨酸 Lys108 (K108 su) 处被琥珀酰化。

图1 DR患者玻璃体液的琥珀酰化修饰组的定性和定量分析

接下来，研究者构建了链脲佐菌素 (STZ) 诱导的糖尿病大鼠模型，发现从 STZ 处理后 2 周开始，整体琥珀酰化水平呈现时间依赖性增加。利用定制的OPTN K108 位点特异性识别琥珀酰化抗体进行了斑点印迹实验验证了OPTN 在 DR 视网膜的 K108 位点被琥珀酰化修饰。随后研究者通过体外实验探究了OPTN琥珀酰化修饰的作用，发现高糖条件下自噬流阻断，而OPTN 的去琥珀酰化可以激活 R28 细胞和 rRGCs 中的自噬流。

图2 高糖诱导 OPTN 琥珀酰化的上调和原发性 rRGC 中自噬流的阻断

研究者进一步通过免疫印迹实验结合体外，体内实验验证了Sirt5 在 K108 位点使 OPTN 去琥珀酰化，能逆转高糖诱导的自噬流功能障碍，从而保护 RGC 功能免受糖尿病视网膜中高葡萄糖诱导的 RGC 自噬流阻断机制。

图3 Sirt诱导自体溶酶体的形成并减轻 STZ 诱导的糖尿病大鼠的 RGC 损失

综上所述，该研究揭示了Sirt5 介导的 OPTN K108 位点去琥珀酰化可保护 RGC 免受 DR 中的自噬流功能障碍的重要适应性机制，提出了靶向 Sirt5-K108-OPTN 轴可能为 RCGs 功能障碍的治疗干预开辟一条新的途径。

图4 Sirt5介导赖氨酸去琥珀酰化修饰保护 RGC自噬流障碍机制图解

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参考文献

1. Zorrilla-Zubilete MA, et al. 2018. Epigenetic control of early neurodegenerative events in diabetic retinopathy by the histone deacetylase SIRT6. Journal of Neurochemistry.

2. Li T, et al. 2014. ERK1/2/COX-2/PGE2 signaling pathway mediates GPR91-dependent VEGF release in streptozotocin-induced diabetes. Molecular Vision.

3. Zhihong Zhang, et al. 2011. Identification of lysine succinylation as a new post-translational modification. Nature Chemical Biology.

4. Yang, L. , et al. 2020. Desuccinylation-triggered peptide self-assembly: live cell imaging of sirt5 activity and mitochondrial activity modulation. Journal of the American Chemical Society.

5 Qiu Y, et al. 2021. Emerging views of OPTN (optineurin) function in the autophagic process associated with disease. Autophagy.

6 Zhang Y.,et al. 2022. Sirt5-mediated desuccinylation of OPTN protects retinal ganglion cells from autophagic flux blockade in diabetic retinopathy. Cell Death Discov.

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