OSBPL2缺陷引起听觉细胞胆固醇稳态失调以及氧化损伤的机制研究

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背景:氧化固醇结合蛋白(Oxysterol binding like proteins,OSBP)以及OSBP相关蛋白(OSBP related proteins,ORPs)是真核生物中进化高度保守的蛋白家族,广泛表达于几乎所有的真核生物中。氧化固醇结合蛋白样蛋白2(Oxysterol binding protein like 2,OSBPL2)是OSBP/ORP家族一员,其生物学功能主要集中在细胞脂质代谢、囊泡运输、生长调控和信号转导等过程,期前,本实验室发现OSBPL2与耳蜗细胞的听觉功能相关,其突变抑或是蛋白功能缺陷将导致常染色体显性遗传性非综合征型耳聋(Autosomal dominant non-syndromic hearing loss,ADNSHL)(DFNA67),但OSBPL2基因突变的致聋分子机制迄今尚不明确。目的:基于Osbpl2/osbpl2b敲除的OC1听觉细胞和模式动物斑马鱼,从离体和在体水平探索OSBPL2基因缺陷对细胞功能和内耳组织的病理作用机制。方法:(1)对Osbpl2-KO和野生型OC1听觉细胞进行转录组测序,通过生物信息学分析,预测Osbpl2-KO引起的细胞功能和信号通路的变化。(2)采用q RTPCR和Western blot检测AMPK通路相关蛋白(p-AMPK,AMPK,p-ACC,ACC,HMGCS1,HMGCR)的表达水平。(3)通过AMPK敲降和过表达实验,分析AMPK信号通路对细胞胆固醇合成及相关基因表达的影响。(4)通过蛋白组/蛋白相互作用组分析和免疫共沉淀(Co-immunoprecipitation,Co-IP)阐明OSBPL2对AMPK信号通路的调节效应。(5)通过细胞或斑马鱼内耳组织总胆固醇(Total cholesterol,TC)检测、线粒体膜电位与活性氧(Reactive oxygen species,ROS)检测、透射电镜观察探讨OSBPL2缺陷引起的胞内胆固醇集聚与ROS增加对线粒体损伤的影响。结果:(1)Gene ontology(GO)分析表明Osbpl2-KO引起胆固醇合成相关生物过程的变化,KEGG通路分析预测AMPK是影响最显著的信号通路。(2)Western blot实验表明Osbpl2/osbpl2b-KO引起突变体中AMPK信号通路的抑制和胆固醇合成的增加。(3)AMPK敲降和过表达实验表明胆固醇的生物合成受AMPK信号通路调控,抑制AMPK活性将促进细胞内胆固醇合成。(4)蛋白质谱和CoIP实验表明OSBPL2可与AMPK关键激活因子ATIC形成复合物,并通过OSBPL2-ATIC的相互作用调节AMPK信号通路活性。(5)Osbpl2/osbpl2b-KO促进了胆固醇的合成和集聚并引起OC1细胞和斑马鱼内耳组织中ROS水平增加,并引起OC1细胞中的线粒体损伤。结论:OSBPL2可通过AMPK信号通路调节胆固醇的生物合成,OSBPL2基因缺陷导致AMPK活性被抑制并引起细胞内胆固醇水平的异常升高,造成细胞内胆固醇稳态失调和ROS积累,进而导致线粒体的氧化损伤。本研究将为进一步阐明OSBPL2基因突变致聋的分子机制提供理论和实验基础。
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