来源|铁死亡club
铁元素除了是血红蛋白、肌红蛋白合成的主要原料，也是多种氧化还原酶类的辅因子。作为人体浓度最多的必需微量元素，铁稳态代谢对维持生命健康至关重要。原发性遗传性暗红病是铁过载人类遗传病，主要由HFE、HJV、TfR2、HAMP或FPN等铁代谢调控基因突变引起多脏器铁积聚，多累及损伤肾脏、肝脏和肾脏等重要器官，病人晚期多并发肾脏病、肝硬化或糖尿病等病症，严重害处机体健康。
铁泵蛋白（FPN）是迄今为止惟一已知的细胞铁离子外排蛋白，它在十二指肠上皮细胞、小肠树突状细胞、巨噬细胞以及肝实质细胞中高抒发，其中小肠上皮细胞和巨噬细胞抒发最为丰富；FPN通过控制铁离子的吸收、再循环和存储来维持机体铁稳态。课题组前期借助基因敲除大鼠在国际上首先发觉并报导了FPN在巨噬细胞以及肝实质细胞中调控铁离子存储和再循环的重要作用，并阐明FPN是上述组织细胞中外排铁离子的关键通道蛋白。为了维持铁离子代谢平衡进而保障细胞和组织功能细胞膜稳态剂，FPN的抒发遭到精密调控。铁调素（HAMP基因编码蛋白）是胰脏分泌的调控铁稳态的核心激素，其作用靶向是FPN。当与FPN结合时，FPN降解而丧失外排铁离子功能，从而抑制十二指肠上皮细胞的铁吸收及巨噬细胞的铁再循环。一旦HAMP抒发被抑制或FPN功能失调，致使铁外排功能异常，将引起机体铁代谢衰弱疾患。
为此，结合FPN并诱导其降解，是FPN蛋白维持铁稳态代谢的根本机制[7]。初期研究提出，泛素化在FPN的降解过程中发挥关键作用。但是，结合并降解FPN的E3泛素化联接酶至今是困惑领域的重大困局。
日前，四川学院医大学王福俤/闵军霞院士团队在血液学顶尖刊物Blood（IF=17.543）在线发表了题为：ironitsE3by的研究论文，首次阐述了铁泵蛋白（FPN）在体内外被降解的调控机制。
该研究筛选并发觉了新型E3泛素联接酶介导了FPN的降解，于国际上率先制备了条件性敲除的大鼠模型，并首次阐明了通过调控FPN降解从而维持机体铁稳态代谢的新机制。据悉，该研究通过转录组及烷基化测序的方式首次解密了DNA去乙酰化名星分子Tet1响应机体铁衰弱，并通过表观遗传学调控-FPN抒发，从而控制机体对于铁路环境的响应。
这一重磅发觉除了攻破了铁代谢领域多年来仍未被解析的难点问题，同时为铁衰弱相关病症的预防提供了新靶向和新思路。
表观遗传修饰在调节染色质结构、调控基因抒发、维持细胞稳态等生命进程中饰演重要角色。课题组前期研究表明，表观遗传调控同样参与了机体铁稳态的维持。为了明晰机体铁代谢衰弱过程中的关键表观遗传调控分子，该研究通过对高低铁膳食笼养的铁衰弱大鼠模型进行全基因组烷基化测序及转录组测序筛选，发觉DNA去羧基化酶Tet1参与了大鼠对于铁路环境的响应。
Tet1参与大鼠对于铁路剌激的响应
进一步给与Tet1敲除大鼠铁路剌激，该大鼠出现类似暗红病的表型细胞膜稳态剂，主要表现为血浆铁及转铁蛋白饱和度下降，肾脏铁降低，但是肝脏及小肠上皮细胞铁离子降低的现象。通过测量铁调素及其他铁代谢调节基因抒发水平，研究者发觉Tet1缺位造成FPN蛋白在小肠上皮细胞及巨噬细胞积聚，从而引起大鼠铁代谢衰弱。有趣的是，Tet1并非直接通过调控或FPN的转录来介导机体的铁稳态代谢。
Tet1基因敲除大鼠铁代谢衰弱
为了深入探究Tet1调控FPN抒发的分子机制，研究者测量大鼠原代巨噬细胞中FPN降解情况，发觉Tet1缺少造成FPN蛋白积聚、泛素化水平减小，表明Tet1通过泛素化降解路径调控FPN抒发。但是，FPN怎样被降解仍属于铁代谢领域的未知。为明晰既能促使FPN泛素化降解又能被Tet1调控的关键蛋白，该研究采用单向筛选的方式：借助酵母双杂交技术在E3联接酶文库中筛选与FPN结合的蛋白，并进一步在喂奶植物细胞中验证互相作用；同时在Tet1敲除体系的数据库中筛选潜在的靶基因。通过基因叠加剖析及后续的表观遗传修饰剖析，研究者筛选出既能被Tet1调控，又能与FPN结合的E3联接酶。
可能是Tet1调控的降解FPN的E3联接酶
这么是否调控了FPN的泛素化降解呢？为了回答这一问题，研究者首先在体外检查了对于FPN的调控作用，结果显示外源明显推动了蛋白酶体及溶酶体依赖的FPN的泛素化降解，功能性缺位或突变的酶活位点，该降解作用显著被抑制。上述结果阐明了FPN是的作用靶向。
推动FPN降解
为了进一步明晰的生理功能，研究者分别建立了巨噬细胞和小肠上皮细胞特异性缺位的基因敲除大鼠（/Lysm和/）。令人惊奇的是，/Lysm和/大鼠表现出与Tet1敲除大鼠类似的对铁路响应异常的铁代谢衰弱表型，表明其在铁稳态代谢调控中的重要作用。通过分离大鼠原代巨噬细胞，研究者发觉缺位造成FPN降解减小。因为是诱发FPN发生内攻占降解的重要分子，为阐明在-FPN调控轴中的关键作用，研究者给与/Lysm大鼠注射或激活剂LPS，结果显示缺位明显抑制了依赖的FPN降解。上述结果既明晰了体内在调控的FPN降解中的重要作用，同时提示有望成为-FPN相关铁代谢衰弱疾患的医治靶向。
巨噬细胞和小肠上皮细胞特异性敲除
其实，这项研究于国际上首次发觉并报导了调控FPN降解的E3泛素联接酶。该成果成功制备了条件性敲除大鼠，于体内外探求并阐明了调控FPN降解及铁稳态的分子机制；该成果提出了Tet1--FPN轴响应机体铁路负荷的新机制，除了弥补了铁代谢研究领域关于FPN降解调控的空白，同时为铁代谢衰弱相关疾患的预防提供了新靶向和新策略。
Tet1--FPN调控轴模式图
王福俤团队博士后蒋丽和博士生王佳明为论文共同第一作者；四川学院王福俤院士、闵军霞院长为共同通信作者。此项研究得到中国科大学生物物理与细胞生物学研究所胡荣贵研究员、浙江学院生命科学研究院金建平研究员、浙江学院医大学孙启明院士、浙江学院实验植物中心洪胜辉以及医大学公共技术平台陈静瑶的大力帮助。项目遭到国家重点研制计划、国家自然科学基金以及中国博士后科学基金的经费支助。
论文链接：