RBP研究技術(shù)RIP-seq+Polysome profiling

【RNA結(jié)合蛋白ARID5A驅(qū)動(dòng)IL-17依賴性自身抗體誘導(dǎo)的腎小球腎炎】

自身抗體介導(dǎo)的腎小球腎炎（AGN）是由腎臟炎癥失調(diào)引起的重大健康問題，盡管現(xiàn)有的治療方法可以提高生存率，但效果有限，而且副作用嚴(yán)重。因此，迫切需要改進(jìn)的治療方法。IL-17在AGN中的作用已被廣泛研究，但其下游的分子信號(hào)以及調(diào)控機(jī)制仍不清楚。最近研究發(fā)現(xiàn)，RNA結(jié)合蛋白ARID5A(AT-rich interactive domain-containing protein 5a)在AGN中顯著上調(diào)，并在IL-17依賴性腎臟炎癥中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

文章題目：The RNA binding protein Arid5a drives IL-17-dependent autoantibody-induced glomerulonephritis

發(fā)表期刊：Journal Of Experimental Medicine

科研團(tuán)隊(duì)：美國匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)系、免疫學(xué)系等

發(fā)表時(shí)間：2024年7月26日

主要發(fā)現(xiàn)

1. ARID5A在AGN中起關(guān)鍵作用：ARID5A通過調(diào)控IL-17依賴性炎癥反應(yīng)，驅(qū)動(dòng)AGN的病理過程。

2. ARID5A的翻譯調(diào)控功能：ARID5A通過與核糖體相互作用，增強(qiáng)關(guān)鍵炎癥轉(zhuǎn)錄因子（如C/EBPs）的翻譯，從而促進(jìn)AGN的發(fā)展。

研究意義

該研究揭示了ARID5A在IL-17依賴性腎臟炎癥中的重要作用，為開發(fā)針對(duì)AGN的新型治療策略提供了潛在靶點(diǎn)。通過選擇性抑制ARID5A，可能在不影響宿主防御的情況下，有效控制自身免疫性腎臟疾病。

研究結(jié)果

1.ARID5A在人類和小鼠AGN中表達(dá)升高

ARID5A在人組織中的表達(dá)：分析歐洲腎臟cDNA數(shù)據(jù)庫（European Renal cDNA Bank）發(fā)現(xiàn)IL17RA mRNA在多種AGN中表達(dá)升高。類似地ARID5A mRNA也在多種AGN（如IgA腎病、ANCA相關(guān)性腎炎等）中顯著上調(diào)。采用RNAScope原位雜交對(duì)腎組織進(jìn)行活檢，結(jié)果表明在ANCA-GN患者中ARID5A的表達(dá)也顯著升高。

ARID5A在小鼠中的表達(dá)：在Act1缺失小鼠（Act1^?/?）的腎組織中ARID5A的誘導(dǎo)減弱，以及IL-17特征減少，因此ARID5A的誘導(dǎo)依賴于IL-17信號(hào)通路。與ANCA-GN患者類似，在AGN期間的腎小管上皮細(xì)胞（RTECs）中ARID5A的表達(dá)顯著上調(diào)。因此，ARID5A主要在AGN期間的IL-17應(yīng)答性腎臟細(xì)胞中高表達(dá)。

圖1. AGN期間ARID5A在人和小鼠腎上皮中表達(dá)升高。

2.ARID5A能夠增強(qiáng)AGN病理

腎功能保護(hù)：ARID5A缺失的小鼠誘導(dǎo)AGN后，腎功能指標(biāo)（如血尿素氮BUN和肌酐）顯著低于野生型小鼠，表明ARID5A缺失能夠保護(hù)腎臟免受AGN的損害。

炎癥反應(yīng)減弱：ARID5A缺失小鼠的腎臟中，IL-17依賴性炎癥因子（如IL-6、Lcn2、Ccl2等）的表達(dá)顯著降低，且髓系細(xì)胞（如單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞）的浸潤(rùn)也明顯減少。

組織病理學(xué)改善：ARID5A缺失小鼠的腎臟組織病理學(xué)評(píng)分顯著改善，異常腎小球的數(shù)量減少，表明ARID5A在AGN的病理過程中起關(guān)鍵作用。

圖2. ARID5A對(duì)于AGN是必需的。

3.ARID5A調(diào)控C/EBP轉(zhuǎn)錄因子的蛋白積累

C/EBP轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)：在AGN模型中，C/EBPβ和C/EBPδ的mRNA水平在ARID5A缺失小鼠中并未顯著變化，但其蛋白水平顯著降低。這表明ARID5A主要通過調(diào)控C/EBP轉(zhuǎn)錄因子的翻譯而非轉(zhuǎn)錄來影響其表達(dá)。

IL-17誘導(dǎo)的C/EBP蛋白積累：在體外實(shí)驗(yàn)中，IL-17刺激后，ARID5A缺失的RTECs中C/EBPβ和C/EBPδ的蛋白水平顯著降低，進(jìn)一步證實(shí)了ARID5A在IL-17依賴性C/EBP蛋白積累中的關(guān)鍵作用。

圖3. ARID5A調(diào)控C/EBP轉(zhuǎn)錄因子。

4.ARID5A結(jié)合的RNA靶點(diǎn)鑒定

RIP-Seq分析：通過RNA免疫沉淀測(cè)序（RIP-Seq），研究人員發(fā)現(xiàn)ARID5A在IL-17刺激后與多種RNA結(jié)合，其中包括炎癥相關(guān)mRNA（如CEBPD、NFKBIZ）以及核糖體RNA（rRNA）和翻譯相關(guān)RNA。

圖4. 鑒定RTECs中ARID5A靶標(biāo)轉(zhuǎn)錄本。

5.ARID5A與核糖體相互作用，促進(jìn)蛋白質(zhì)翻譯

ARID5A與核糖體的相互作用：嘌呤霉素?fù)饺雽?shí)驗(yàn)表明ARID5A以某種方式促進(jìn)翻譯。通過蔗糖梯度離心（Polysome profiling）和免疫印跡分析，研究人員發(fā)現(xiàn)ARID5A主要與40S核糖體亞基結(jié)合，而在60S和80S核糖體中的結(jié)合較弱，表明ARID5A可能在翻譯起始階段發(fā)揮作用。熒光共聚焦成像顯示IL-17依賴的ARID5A與核糖體共定位。此外，IL-17促進(jìn)ARID5A從細(xì)胞核輸出到細(xì)胞質(zhì)，并與40S核糖體亞基（18S rRNA）結(jié)合。ARID5A還與60S核糖體亞基（5S rRNA）有較弱的相互作用，表明ARID5A可能在翻譯起始過程中發(fā)揮動(dòng)態(tài)作用。

全局翻譯調(diào)控：ARID5A缺失的細(xì)胞中，全局蛋白質(zhì)合成顯著減少，表明ARID5A在維持細(xì)胞翻譯活性中起重要作用。

炎癥因子的翻譯增強(qiáng)：IL-17刺激后，ARID5A通過與核糖體結(jié)合，增強(qiáng)了C/EBPδ和IL-6等炎癥因子的翻譯效率，從而促進(jìn)了AGN的病理過程。

圖5. Arid5a促進(jìn)RTECs中的蛋白質(zhì)合成。

ARID5A功能在ST2細(xì)胞中的驗(yàn)證：在IL-17敏感的ST2細(xì)胞中，ARID5A同樣表現(xiàn)出與核糖體的相互作用，并調(diào)控炎癥因子的翻譯。RIP-Seq分析顯示，ARID5A在ST2細(xì)胞中結(jié)合的RNA靶點(diǎn)與HK-2細(xì)胞中的結(jié)果高度一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了ARID5A在IL-17信號(hào)通路中的保守功能。

圖6. Arid5a結(jié)合rRNA，促進(jìn)小鼠基質(zhì)細(xì)胞中的蛋白質(zhì)合成。

ARID5A在AGN中的病理機(jī)制模型：IL-17刺激后，ARID5A從細(xì)胞核輸出到細(xì)胞質(zhì)，與40S核糖體亞基結(jié)合，增強(qiáng)C/EBPδ和IL-6等炎癥因子的翻譯效率。這些炎癥因子進(jìn)一步促進(jìn)腎臟炎癥和AGN的病理過程。

圖7. Arid5a的作用模型。

研究小結(jié)

這項(xiàng)研究揭示了ARID5A在IL-17依賴性腎臟炎癥中的關(guān)鍵作用，特別是通過調(diào)控C/EBP轉(zhuǎn)錄因子的翻譯來驅(qū)動(dòng)AGN的病理過程。ARID5A的發(fā)現(xiàn)為開發(fā)針對(duì)AGN的新型治療策略提供了潛在靶點(diǎn)，尤其是通過選擇性抑制ARID5A來阻斷IL-17信號(hào)通路，可能在不影響宿主防御的情況下有效控制自身免疫性腎臟疾病。

參考文獻(xiàn)

Yang Li, Shachi P Vyas, Isha Mehta, et al. (2024). The RNA binding protein Arid5a drives IL-17-dependent autoantibody-induced glomerulonephritis. Journal of Experimental Medicine, 221(9), e20240656. doi:10.1084/jem.20240656

RBP研究方案設(shè)計(jì)：RIP-seq + Polysome profiling

1. 研究背景

RNA結(jié)合蛋白（RBP）在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控中起關(guān)鍵作用，影響RNA的穩(wěn)定性、定位、翻譯和降解。RIP-seq（RNA免疫共沉淀測(cè)序）和Polysome Profiling（多核糖體分析）聯(lián)合使用，可全面研究RBP與RNA的相互作用及其對(duì)翻譯的影響。

2. 研究目標(biāo)

1)     鑒定特定RBP結(jié)合的RNA分子。

2)     分析RBP對(duì)RNA翻譯效率的影響。

3)     探索RBP在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控中的機(jī)制。

3. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)材料

1)     細(xì)胞系：選擇目標(biāo)RBP高表達(dá)的細(xì)胞。

2)     抗體：針對(duì)目標(biāo)RBP的特異性抗體。

3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

3.2.1 細(xì)胞培養(yǎng)與處理

1)     培養(yǎng)目標(biāo)細(xì)胞至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。

2)     根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求處理細(xì)胞（如藥物處理、基因敲除/過表達(dá)等）。

3.2.2 RNA免疫共沉淀（RIP）

1)     細(xì)胞裂解：收集細(xì)胞，使用裂解緩沖液裂解。

2)     免疫沉淀：加入RBP特異性抗體，孵育后與蛋白A/G磁珠結(jié)合，捕獲RBP-RNA復(fù)合物。

3)     洗滌：洗滌磁珠，去除非特異性結(jié)合。

4)     RNA提取：解離RBP-RNA復(fù)合物，提取RNA。

3.2.3 Polysome Profiling

1)     細(xì)胞裂解：收集細(xì)胞，使用裂解緩沖液裂解。

2)     蔗糖梯度離心：制備蔗糖梯度，超速離心分離多核糖體。

3)     分部收集：收集不同密度的多核糖體組分。

4)     RNA提取：從各組分中提取RNA。

3.2.4 RNA-seq

1)     RNA質(zhì)量檢測(cè)：檢測(cè)RNA質(zhì)量。

2)     建庫：使用RNA-seq建庫試劑盒構(gòu)建測(cè)序文庫。

3)     測(cè)序：進(jìn)行高通量測(cè)序（如Illumina平臺(tái)）。

3.2.5 數(shù)據(jù)分析

1)     數(shù)據(jù)預(yù)處理：去除低質(zhì)量reads和接頭序列。

2)     比對(duì)：將reads比對(duì)到參考基因組。

3)     差異表達(dá)分析：比較RIP-seq和Polysome Profiling數(shù)據(jù)，識(shí)別RBP結(jié)合的RNA及其翻譯效率變化。

4)     功能注釋：對(duì)差異表達(dá)的RNA進(jìn)行GO和KEGG通路分析。

4. 預(yù)期結(jié)果

1)     鑒定出RBP結(jié)合的靶RNA。

2)     分析RBP對(duì)RNA翻譯效率的影響。

3)     揭示RBP在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控中的潛在機(jī)制。

5. 研究意義

1)     全面解析RBP的功能及其對(duì)RNA翻譯的調(diào)控機(jī)制。

2)     提供RBP在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控中的新見解。

3)     為相關(guān)疾病機(jī)制研究和治療靶點(diǎn)開發(fā)提供依據(jù)。