OTUD5通過去泛素化TAK1來緩解糖尿病腎病

來源：發(fā)布時間：2024-09-10

糖尿病腎病（DKD）是一種普遍存在的慢性腎臟疾BING ，是終末期腎病進展的主要原因。足細胞是覆蓋GBM外表面的高度分化的上皮細胞，對于維持GBM的完整性至關(guān)重要。因此，足細胞損傷的程度通常用來評估DKD的進展。此外，足細胞中的炎ZHENG 積聚與足細胞損傷的加重密切相關(guān)。

2024年6月，溫州醫(yī)科大學(xué)梁廣團隊在Nat Commun（IF=14.7）上，發(fā)表“Podocyte OTUD5 alleviates diabetic kidney disease through deubiquitinating TAK1 and reducing podocyte inflammation and injury”的研究成果。揭示了去泛素化酶OTUD5在足細胞損傷和糖尿病腎病中的作用機制。

Highlights如下：

1）OTUD5在糖尿病小鼠足細胞中的表達減少。

2）足細胞特異性OTUD5敲除加重足細胞損傷和DKD。

3）機制上，OTUD5通過其活性位點C224促進TAK1 K158K63連接的去泛素化，隨后阻止TAK1的磷酸化并減少足細胞的下游炎ZHENG 反應(yīng)，突出了OTUD5作為DKD治LIAO 靶點的潛力。

臨床相關(guān)性：

OTUD5在糖尿病小鼠足細胞中的表達減少。

功能研究：

足細胞特異性OTUD5敲除或過表達能加重或抑制足細胞損傷和DKD，TAK1抑制劑緩解OTUD5敲除小鼠的腎損傷。

機制研究：

（1）鑒定TAK1為OTUD5潛在的底物蛋白

第一步，初步確定OTUD5潛在的底物蛋白

作為去泛素化酶（DUB），OTUD5通過去泛素化底物蛋白起作用。利用IP-MS鑒定潛在的互作蛋白（圖1a）。質(zhì)譜鑒定的前15個潛在結(jié)合蛋白中，TAK1被證實在足細胞炎ZHENG 和DKD進展中具有關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用（圖1b）。因此，假設(shè)OTUD5通過去泛素化TAK1在足細胞中負調(diào)控炎ZHENG 和損傷。

第二步，確定TAK1與OTUD5相互作用

內(nèi)源性Co-IP實驗證實，OTUD5與TAK1在細胞和小鼠腎組ZHI均存在相互作用（圖1c-d）。同時，外源性Co-IP實驗也顯示，OTUD5與TAK1相互作用（圖1e）。

IP-MS

圖1 TAK1與OTUD5相互作用（Ref. Fig 4/S4）

第三步，OTUD5誘導(dǎo)TAK1 K63連接的去泛素化

Co-IP實驗分析顯示，OTUD5過表達，降低TAK1的多泛素化水平（圖2a）。為了確定TAK1泛素化連接的方式，構(gòu)建Ub-WT、Ub-K48、Ub-K63和TAK1載體進行Co-IP分析，發(fā)現(xiàn)OTUD5降低TAK1的K63連接的泛素化，而不是K48連接的泛素化（圖2b）。

第四步，OTUD5通過其活性位點C224切割TAK1的K63連接的泛素化

研究表明，OTU5中的半胱氨酸224殘基(C224)為脫泛素活性的必要位點。Co-IP分析顯示，與野生型OTUD5相比，催化失活的OTUD5 C224S突變體可以正常與TAK1相互作用（圖2c）；但未能從TAK1中去除K63連接的泛素分子（圖2d）。表明OTUD5通過其活性位點C224切割TAK1的K63連接的泛素化。

第五步，TAK1的賴氨酸殘基K158是OTUD5去泛素化的特異性位點

迄今為止，TAK1蛋白中的四個賴氨酸(Lys)殘基K34、K158、K209和K562已被確定為K63連接的多泛素化的潛在位點（圖2e）。因此，為了探索哪些賴氨酸殘基泛素化可以被OTUD5去除，構(gòu)建了TAK1K34R、K158R、K209R和K562R。Co-IP分析顯示，K158R突變體消除了OTUD5介導(dǎo)的去泛素化（圖2f）。表明TAK1的賴氨酸殘基K158是OTUD5去泛素化的特異性位點。

綜上所述，OTUD5通過其活性位點C224降低k63連接的TAK1 K158

圖2 OTUD5通過其活性位點C224降低k63連接的TAK1 K158位點的多泛素化（Ref. Fig 4/S4）

（2）OTUD5負調(diào)控TAK1激HUO

第一步，OTUD5共同負調(diào)控TAK1-MAPK激HUO

WB檢測證實，OTUD5過表達明顯抑制HG/ pa誘導(dǎo)的足細胞TAK1磷酸化，但不改變TAK1總蛋白水平（圖3a）。敲低OTUD5則相反（圖3b）。MAPK通路是TAK1激HUO 的主要下游信號，包括三個亞家族：JNK、ERK和p38。研究結(jié)果表明，在HG/ pa處理的足細胞中，OTUD5過表達也會抑制ERK、P38和JNK的激HUO ，但OTUD5敲低會加劇ERK、P38和JNK的激HUO （圖3c-d）。在HG/PA處理下，OTUD5共同負調(diào)控TAK1-MAPK激HUO 。

第二步， OTUD5抑制TAK1與TAB2相互作用

TAK1磷酸化需要一個上游的激酶TAB2。據(jù)研究顯示K63連接的TAK1多泛素化促進TAK1/TAB2復(fù)合物的形成，導(dǎo)致TAK1磷酸化。本研究中，OTUD5去除了TAK1的K63連接的泛素化，因此假設(shè)OTUD5可能會阻礙TAK1-TAB2的相互作用。Co-IP實驗發(fā)現(xiàn)，OTUD5的過表達減少了TAK1與TAB2相互作用，而催化失活的突變體OTUD5-C224S則不能（圖3e）。此外，在HG/ pa處理的足細胞中，OTUD5抑制TAK1-MAPK通路的激HUO ，但OTUD5-C224S突變體則不能（圖3f）。

第三步，OTUD5通過在K158TAK1-TAB2相互作用來抑制TAK1的激HUO

OTUD5介導(dǎo)的TAK1失活是否依賴于TAK1在K158Co-IP分析顯示，當TAK1中的K158突變?yōu)?/span>R殘基時，TAK1與TAB2的相互作用減少，而OTUD5不能進一步影響TAK1與TAB2的相互作用（圖3g）。同樣，TAK1 K158R突變抑制TAK1- mapk在HG/PA刺激下的激HUO （圖3h）。

表明OTUD5通過在K158TAK1-TAB2相互作用來抑制TAK1的激HUO 。

Co-IP實驗

圖3 OTUD5負調(diào)控TAK1激HUO （Ref. Fig 5）

結(jié)論：該研究通過對高濃度葡萄糖和棕櫚酸（HG/PA）處理的足細胞進行RNA測序，發(fā)現(xiàn)OTUD5明顯下調(diào)。功能上，通過OTUD5過表達或TAK1抑制劑治LIAO ，減輕足細胞損傷和DKD。機制上，OTUD5通過其活性位點C224促進TAK1 K158K63連接的去泛素化，隨后阻止TAK1的磷酸化并減少足細胞的下游炎ZHENG 反應(yīng)。該研究為未來開發(fā)針對OTUD5-TAK1軸的DKD治LIAO 方法提供了理論基礎(chǔ)和實驗依據(jù)，為DKD的治LIAO 提供了新的思路和潛在的治LIAO 靶點。