非酒精性肝病（NAFLD）是一種世界流行的慢性疾病，近年來，我國的發(fā)病率呈上升趨勢，而且NAFLD發(fā)病率的上升與超重和肥胖人數(shù)的增加是同時發(fā)生的。此外，NAFLD真正可怕的是其通常沒有任何癥狀，直到難以靠如鍛煉和改善飲食這類手段改變逆轉(zhuǎn)，才會出現(xiàn)癥狀，因此，NAFLD可謂是沉默的疾病。
為了闡明非酒精性肝病的致病機(jī)制，來自中科院上海藥物所與復(fù)旦大學(xué)中山的研究團(tuán)隊在Nature Communications（IF 12.353）上發(fā)文，該文利用泛素化修飾組、蛋白組、蛋白互作組，最終篩選了去泛素化酶USP14的底物蛋白脂肪酸合成酶FASN，并揭示了其在脂肪肝發(fā)生發(fā)展中的重要新機(jī)制。
組學(xué)實驗路線
圖1 蛋白組、泛素化組、相互作用組聯(lián)合實驗流程
實驗結(jié)果
1. USP14表達(dá)上調(diào)是肝臟脂肪變性的保守特征。
為了闡明非酒精性肝病的致病機(jī)制，研究人員前期取樣肥胖小鼠肝臟組織、非酒精性脂肪性肝病的病人肝組織，均發(fā)現(xiàn)去泛素化酶USP14表達(dá)顯著上調(diào)，提示USP14表達(dá)上調(diào)是肝臟脂肪變性的一個保守的特征。
圖2 肥胖小鼠及NAFLD病人肝臟中USP14表達(dá)顯著上調(diào)
2. 組學(xué)分析揭示FASN是USP14的底物蛋白
為了系統(tǒng)找到USP14的致病機(jī)制，研究人員將泛素化組、蛋白組學(xué)、蛋白質(zhì)互作組結(jié)合，篩選USP14的底物蛋白。篩選結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三個組學(xué)均鑒定到的蛋白有兩個。
圖3 USP14的底物蛋白篩選
圖4 USP14敲除后，脂肪酸與三羧酸循環(huán)代謝通路的差異變化
后續(xù)，結(jié)合驗證分析，研究人員成功鎖定了去泛素化酶USP14的特異性底物---脂肪酸合成酶（FASN）。研究發(fā)現(xiàn)，USP14通過調(diào)控FASN泛素化水平影響其穩(wěn)定性（圖5）。
圖5 USP14與FASN相互作用，USP14調(diào)控FASN泛素化水平并影響其穩(wěn)定性
3. USP14在脂肪肝發(fā)生發(fā)展中發(fā)生重要作用
最終，通過對小鼠中的USP14過表達(dá)和敲低實驗，研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)USP14促進(jìn)肝臟脂肪變性，USP14敲低則改善了肥胖小鼠肝臟脂肪變性，其中FASN部分介導(dǎo)了USP14對肝臟TG代謝的調(diào)控作用。
圖6 USP14過表達(dá)促進(jìn)肝臟脂肪變性
圖7 USP14敲低改善肥胖小鼠肝臟脂肪變性
結(jié)論：
該研究揭示了USP14在脂肪肝發(fā)生發(fā)展中的重要新機(jī)制，并提示其作為治療脂肪肝和相關(guān)代謝性疾病的潛在藥物靶標(biāo)。
小編總結(jié)
近年來，利用修飾組學(xué)尋找疾病致病新機(jī)制已經(jīng)逐步成為了重要手段之一。本文把前沿的互作組學(xué)與修飾組學(xué)結(jié)合，同時發(fā)現(xiàn)了許多重要而關(guān)鍵的蛋白，驗證機(jī)制，再利用過表達(dá)、敲減等實驗，證明關(guān)鍵蛋白的重要功能。這樣的研究思路充分顯示了修飾組學(xué)對于介導(dǎo)新機(jī)制發(fā)現(xiàn)的重要性。
值得一提的是，將修飾組的差異修飾蛋白配合互作組學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不僅縮小了篩選靶蛋白驗證的范圍，而且降低了驗證風(fēng)險，增加了驗證可靠性和意義。該文與【修飾專欄】Nature重磅|磷酸化組揭示寨卡病毒致大腦病變機(jī)制文中，利用磷酸化修飾配合互作組學(xué)發(fā)現(xiàn)寨卡病毒致病新機(jī)制的文章有異曲同工之妙，均是發(fā)表高分文章值得借鑒的思路。