论文解读｜Han J / Cui Y教授团队揭示Sirt5通过去琥珀酰化Cdc42调控小鼠破骨细胞生成和骨重塑

骨重塑是维持骨骼健康和功能的重要生理过程，它涉及骨吸收和骨形成的动态平衡，其中破骨细胞是骨吸收的关键细胞。翻译后修饰在骨重塑中扮演着关键角色。去琥珀酰化作为一种新兴的赖氨酸修饰，在骨重塑中的作用逐渐受到关注。去琥珀酰化酶Sirt5是去琥珀酰化的主要调节因子，在多种生理和病理过程中发挥着重要作用。

山东第一医科大学的Jinxiang Han/Yazhou Cui教授团队在本刊发表了题为“Sirt5 desuccinylates Cdc42 to mediate osteoclastogenesis and bone remodeling in mice”的研究快讯，这项研究揭示了Sirt5和Cdc42在骨重塑过程中的新机制，也为骨疾病的治疗提供了新的研究方向。

01 研究方法

研究团队构建了Sirt5基因敲除小鼠模型，通过组织形态学分析评估骨吸收和形成的生物标志物，并利用免疫组化染色对骨组织中的特定蛋白质的表达进行了评估。在体外实验中，研究团队使用RAW264.7细胞和原代小鼠骨髓源性巨噬细胞，研究了Sirt5对破骨细胞分化的调控作用，并观察了Sirt5特异性抑制剂和激活剂对破骨细胞分化的影响。此外，研究团队还分析了破骨细胞分化过程中琥珀酰化蛋白的变化，并确定了可能的生物过程和靶点。

02 研究结果

实验结果显示，Sirt5基因敲除小鼠的骨小梁减少（图1），骨矿物质密度和骨小梁厚度显著降低，而骨吸收标志物fTRAP和血清钙水平显著升高，破骨细胞的数量和生成增加（图2），但不影响骨生成。体外实验表明，Sirt5的缺失显著增强了破骨细胞的生成，而Sirt5抑制剂MC3482促进了破骨细胞分化，Sirt5激活剂白藜芦醇则逆转了这一效应。

图 1 Sirt5缺陷小鼠的骨小梁减少（原文中Figure 1A)。

图 2 Sirt5缺失可增强破骨细胞的生成（原文中Figure 1B)。

研究团队通过赖氨酸琥珀酰化组分析，在RAW264.7细胞的破骨细胞分化过程中鉴定出了高度琥珀酰化的蛋白质，这些蛋白质主要参与了线粒体代谢和ATP生成。特别值得注意的是，Cdc42的琥珀酰化尚未被报道过。通过免疫共沉淀分析，研究团队证实在分化的破骨细胞中，Cdc42的琥珀酰化水平显著增加（图3），与野生型小鼠相比，从 Sirt5基因敲除小鼠体内分离的破骨细胞中Cdc42的琥珀酸化程度更高（图4）。此外，Sirt5介导的Cdc42去琥珀酰化作用可能影响其泛素化和降解，这暗示了琥珀酰化和泛素化之间可能存在一种竞争机制。Cdc42的琥珀酰化可能保护其免于泛素化和降解，而Sirt5通过去琥珀酰化解除了这种保护作用。

图 3 破骨细胞中Cdc42的琥珀酰化水平显著增加（原图1F)

图 4 Sirt5基因敲除小鼠破骨细胞中Cdc42的琥珀酸化程度更高（原图1G)

03 研究结论

Sirt5通过去琥珀酰化Cdc42在小鼠的破骨细胞生成和骨重塑过程中发挥关键作用。未来的研究可能会进一步探索Sirt5在其他细胞类型和生理过程中的作用，以揭示其在疾病发生和治疗中的潜在作用。此外，开发以Sirt5为靶点的药物可能为治疗与破骨细胞相关的疾病提供新的治疗策略。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S235230422300260X

引用这篇文章：

Zhang Y, Wang J, Luan J, et al. Sirt5 desuccinylates Cdc42 to mediate osteoclastogenesis and bone remodeling in mice. Genes Dis. 2024;11(3):101002.