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Adv Sci | 南京医科大学团队首次揭示了肠道上皮发育关键调节因子YAP蛋白翻译表达调控机制

yes相关蛋白(YAP)的有序表达和激活是驱动肠道再生的关键步骤,也是肠道内稳态的关键。然而,在肠道稳态背景下调节YAP蛋白的机制仍有待阐明。Toll通路中进化上保守的信号中间体(ECSIT)是一种多功能蛋白,在许多生理功能中发挥重要作用,然而,它在肠道中的生理作用未被定义在肠道中,线粒体生物发生沿隐窝-绒毛轴受到严格调控,线粒体相关通路在隐窝底部相对富集[1],且线粒体信号传导有助于肠道稳态维持[2]提示线粒体参与肠道上皮细胞发育调控。然而,人们对线粒体在肠道细胞分化命运起始及肠道稳态维持方面的作用及机制知之甚少。特别是在肠道固有免疫黏膜上皮早期发育事件中,线粒体信号是否参与YAP蛋白的调控进而调节肠道上皮发育稳态仍是有待解决的重要科学问题。

 

2023年7月6日,南京医科大学杨硕等合作在Advanced Science上发表了文章“ECSIT is a Critical Factor for Controlling Intestinal Homeostasis and Tumorigenesis through Regulating the Translation of YAP Protein”。该研究发现线粒体分子ECSIT通过调节YAP蛋白翻译进而参与肠道上皮细胞发育调控,并在肠道肿瘤控制中具有重要作用,该研究首次揭示了肠道上皮发育关键调节因子YAP蛋白翻译表达调控机制,填补了研究领域的空白。

 

肠道上皮发育关键调节因子YAP蛋白翻译表达调控机制

图片来源:Advanced Science

https://doi.org/10.1002/advs.202205180

研究材料

Ecsit-KI-3Flagfl/+小鼠(由赛业生物提供)、Ecsi-flox小鼠、Villin-cre小鼠、Villin-creERT2小鼠以及Lgr5-creERT2小鼠

 

研究方法

单细胞转录组测序、代谢组学检测、蛋白质组检测、类器官培养、流式分析、免疫荧光、免疫组化、蛋白质印迹以及实时定量PCR

 

技术路线

01 构建肠上皮Ecsit缺失小鼠及回补小鼠

02 分析小鼠肠道上皮细胞发育状态

03 多组学探索相关机制

04 临床数据进一步验证Ecsit在肠道疾病控制中的作用

 

研究结果

1 ECSIT在肠道上皮细胞分化发育稳态维持中具有重要作用

研究者分别构建Ecsit肠道上皮特异性缺失小鼠及回补小鼠(Ecsitfl/fl,Ecsit-KI-3Flagfl/+, Vil1in-Cre-ERT2小鼠,其中Ecsit-KI-3Flagfl/+小鼠由赛业生物提供),发现ECSIT在肠道上皮细胞分化发育稳态维持中具有重要作用,肠道上皮ECSIT缺失小鼠自发肠道炎症。

 

 南京医科大学团队首次揭示了肠道上皮发育关键调节因子YAP蛋白翻译表达调控机制

构建肠上皮Ecsit缺失小鼠及回补小鼠[3]

 

2 ECSIT通过控制YAP蛋白翻译维持肠道上皮细胞发育分化稳态

进一步研究发现,肠道上皮细胞中ECSIT的缺失引起线粒体功能损伤并促进代谢重编程,谷氨酸代谢增加引起a-酮戊二酸/琥珀酸比率升高,进而促进TET去甲基化酶激活并诱导选择性翻译起始因子eIF4A1/4G2 DNA去甲基化,因此促进了eIF4A1/4G2表达和YAP翻译增加,最终导致肠上皮细胞转化为过度再生表型并诱导肠道上皮细胞发育分化稳态失调。

 

 南京医科大学团队首次揭示了肠道上皮发育关键调节因子YAP蛋白翻译表达调控机制

免疫荧光染色及成像分析[3]

 

3 ECSIT在控制肠道肿瘤发生中也具有重要作用

研究者通过小鼠肿瘤模型构建、肿瘤类器官培养、临床结直肠癌芯片检测以及TCGA公开数据库分析等,发现ECSIT在结直肠癌肿瘤组织中低表达,且ECSIT低表达与结直肠癌患者不良预后相关,当干预YAP、eIF4A1/4G2或补充琥珀酸后可抑制肠道肿瘤类器官的过度生长。因此,这些研究表明线粒体分子ECSIT在调控肠道稳态和控制肠道肿瘤发生中也具有重要作用。

 

研究结论

 南京医科大学团队首次揭示了肠道上皮发育关键调节因子YAP蛋白翻译表达调控机制

 线粒体分子ECSIT缺失前后作用机制对比[3]

 

在这项研究中,研究者发现ECSIT沿隐窝-绒毛轴富集,对于维持肠道上皮细胞分化稳态至关重要。肠上皮细胞中ECSIT的缺失会导致代谢重编程为基于氨基酸的代谢,导致高比例的α-KG/琥珀酸产生,促进TET去甲基化酶激活并诱导编码eIF4A1和eIF4G2的DNA去甲基化,增加eIF4A1和eIF4G2的表达。eIF4A1和eIF4G2表达增加促进YAP蛋白的翻译上调,进而将肠上皮细胞转化为以高YAP蛋白表达为标志的过度再生细胞类型,最终导致肠道上皮细胞分化发育稳态失衡,促进肠上皮屏障功能障碍以及肿瘤发生。

 

参考文献:

[1] Li, V.S., Yap in regeneration and symmetry breaking. Nature cell biology, 2019. 21(6): p. 665-667.

[2] Moor, A.E., et al., Spatial Reconstruction of Single Enterocytes Uncovers Broad Zonation along the Intestinal Villus Axis. Cell, 2018. 175(4): p. 1156-1167 e15.

[3]Yuying Jiang, Chunmei Ma,et al. 

ECSIT Is a Critical Factor for Controlling Intestinal Homeostasis and Tumorigenesis through Regulating the Translation of YAP Protein[J]. Advanced Science. https://doi.org/10.1002/advs.202205180

 

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品系名称:

C57BL/6JCya-Ecsitem1flox/Cya

品系编号:

CKOCMP-26940-Ecsit-B6J-VA

产品编号:

S-CKO-09793

应用方向:

肠胃;内分泌;遗传;神经;代谢

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