足细胞损伤在糖尿病肾病（DKD）的发展中起着关键作用，蛋白质的去泛素化修饰广泛参与疾病的发生和发展，但具体的调控机制仍待探索。
2024年6月，温州医科大学梁广课题组在Nature Communications （IF=14.7）上发表了题为“Podocyte OTUD5 alleviates diabetic kidney disease through deubiquitinating TAK1 and reducing podocyte inflammation and injury”的研究论文。在这项研究中，作者探讨了去泛素化酶OTUD5对糖尿病小鼠模型中足细胞损伤的作用和调节机制，发现OTUD5与TGF β激活激酶1（TAK1）相互作用，并通过从TAK1中去除K63连接的泛素来抑制其磷酸化激活，从而足细胞中的TAK1-MAPK促炎信号通路失活。总体而言，作者揭示了足细胞损伤中的OTUD5-TAK1轴，并强调了了OTUD5作为DKD治疗靶点的潜力。拜谱生物为该研究成果提供了蛋白互作组分析服务。
英文标题：Podocyte OTUD5 alleviates diabetic kidney disease through deubiquitinating TAK1 and reducing podocyte inflammation and injury（Nature Communications，IF=14.7，2024）
客户单位：温州医科大学
研究材料：IP磁珠
拜谱提供技术：蛋白互作组分析
技术路线：
研究结果
01、鉴定OTUD5是足细胞炎症和损伤的调节因子
转录组测序、qPCR以及免疫荧光染色等实验表明OTUD5在HG/PA攻击的足细胞和糖尿病肾组织中下调。在体内，患有2型糖尿病（T2DM）的小鼠肾皮层中OTUD5蛋白和mRNA的水或1型糖尿病（T1DM）也低于对照组。作者进一步从T2DM或T1DM小鼠中分离出原代足细胞，并观察到OTUD5表达出现类似降低的情况。通过基因敲除证明足细胞特异性OTUD5敲除显著加剧了糖尿病小鼠的足细胞损伤和DKD（图1）。
图1| 鉴定OTUD5是足细胞炎症和损伤的调节因子
(图源：Zhao Y., et al., Nat Commun., 2024)
02、鉴定TAK1作为OTUD5的潜在底物蛋白
为了鉴定足细胞中OTUD5的底物，作者使用OTUD5过表达的MPC5细胞进行了蛋白互作组分析（图2a）。在鉴定结果前15个OTUD5结合蛋白中，TAK1引起了作者的注意（图2b）。作者假设OTUD5通过去泛素化足细胞中的TAK1负向调节炎症和损伤，免疫共沉淀实验证实了足细胞中OTUD5和TAK1之间的内源性相互作用（图2c），此外，将Flag-OTUD5和His-TAK1质粒共转染到NIH/3T3细胞中，证实了OTUD5和TAK1之间的外源相互作用（图2e）。接下来，作者探讨了OTUD5对TAK1去泛素化的机制。如图2f所示，OTUD5过表达降低了NIH/3T3细胞中TAK1的泛素化。还在有或没有OUTD5的NIH/3T3细胞中共转染TAK1质粒和K48或K63突变的泛素质粒，并观察到OTUD5减少了TAK1的K63连接泛素化，而不是K48连接的泛素化（图2g）。
图2| 鉴定TAK1作为OTUD5的潜在底物蛋
(图源：Zhao Y., et al., Nat Commun., 2024)
03、抑制TAK1可消除OTUD5CKO-T2DM小鼠中加重的足细胞损伤和DKD
为了确定体内OTUD5-TAK1调节轴，作者使用特异性TAK1抑制剂Takinib去饲喂Otud5FL/FL-T2DM小鼠和OTUD5CKO-T2DM小鼠，生化分析和组织化学染色揭示了Takinib改善了OTUD5CKO-T2DM小鼠肾脏的功能和结构损伤。电子显微镜和免疫荧光染色显示Takinib显着减轻了OTUD5CKO-T2DM小鼠中加剧的足细胞损伤。炎性细胞因子的mRNA水平显示出类似的变化趋势。这些发现表明，当TAK1受到抑制时，足细胞OTUD5缺陷不会加重足细胞损伤，表明TAK1激活介导了OTUD5缺失对DKD病理的影响（图3）。此外发现足细胞特异性过表达OTUD5减轻了T2DM小鼠的足细胞损伤和DKD，同时肾脏中TAK1泛素化和磷酸化降低。
图3| 抑制TAK1可消除OTUD5CKO-T2DM小鼠中加重的足细胞损伤和DKD
(图源：Zhao Y., et al., Nat Commun., 2024)
文章小结
本研究通过转录组测序发现糖尿病背景下足细胞中去泛素化酶OTUD5表达下调，通过蛋白互作组分析发现炎症调控蛋白TAK1是OTUD5的潜在底物蛋白。本研究显示OTUD5介导的TAK1 K158位点的去泛素化阻止了TAK1与TAB2的相互作用和TAK1的磷酸化。这表明TAK1与TAB2复合物的形成可能是一个动态调控的过程，泛素介导的TAK1构象变化影响了它与TAB2的结合。这项发现将OTUD5定位为TAK1激活的抑制剂，这可能作为一种替代的治疗策略来调控TAK1的过度激活。
图4| OTUD5通过去泛素化TAK1减轻足细胞炎症与损伤，延缓糖尿病肾病进展
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拜谱小结
本研究采用多组学技术及体内体外实验发现并证明DKD患者足细胞中OTUD5水平降低导致TAK1的泛素化水平升高，进而促进TAK1磷酸化激活，导致足细胞损伤、肾脏结构和功能受损，强调了OTUD5作为DKD有前途的治疗靶点的潜力。其中拜谱生物提供了蛋白互作组分析。泛素化/去泛素化作为一种经典蛋白翻译后修饰，在调节蛋白质稳定性、定位和功能方面起着重要作用，参与多种疾病的病理过程。拜谱生物已研发完成并建立了完善成熟的转录组学、蛋白组学、翻译后修饰组学（如泛素化修饰）、代谢组学以及多组学联合产品技术服务体系，助力发表高分文献，欢迎致电咨询！
参考文献：
Zhao Y, Fan S, Zhu H, Zhao Q, Fang Z, Xu D, Lin W, Lin L, Hu X, Wu G, Min J, Liang G. Podocyte OTUD5 alleviates diabetic kidney disease through deubiquitinating TAK1 and reducing podocyte inflammation and injury. Nat Commun. 2024 Jun 27;15(1):5441. doi: 10.1038/s41467-024-49854-1
