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KLF4 通过抑制经典 TGF-β 信号通路和上调 CDK 抑制剂 P16 和 P27 来调控角膜上皮细胞周期进程。

KLF4 Regulates Corneal Epithelial Cell Cycle Progression by Suppressing Canonical TGF-β Signaling and Upregulating CDK Inhibitors P16 and P27.

机构信息

Department of Ophthalmology, University of Pittsburgh School of Medicine, Pittsburgh, Pennsylvania, United States.

School of Biological Sciences, University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania, United States.

出版信息

Invest Ophthalmol Vis Sci. 2019 Feb 1;60(2):731-740. doi: 10.1167/iovs.18-26423.

Abstract

PURPOSE

Krüppel-like factor 4 (KLF4) promotes corneal epithelial (CE) cell fate while suppressing mesenchymal properties. TGF-β plays a crucial role in cell differentiation and development, and if dysregulated, it induces epithelial-mesenchymal transition (EMT). As KLF4 and TGF-β regulate each other in a context-dependent manner, we evaluated the role of the crosstalk between KLF4 and TGF-β-signaling in CE homeostasis.

METHODS

We used spatiotemporally regulated ablation of Klf4 within the adult mouse CE in ternary transgenic Klf4Δ/ΔCE (Klf4LoxP/LoxP/ Krt12rtTA/rtTA/ Tet-O-Cre) mice and short hairpin RNA (shRNA)-mediated knockdown or lentiviral vector-mediated overexpression of KLF4 in human corneal limbal epithelial (HCLE) cells to evaluate the crosstalk between KLF4 and TGF-β-signaling components. Expression of TGF-β signaling components and cyclin-dependent kinase (CDK) inhibitors was quantified by quantitative PCR, immunoblots, and/or immunofluorescent staining.

RESULTS

CE-specific ablation of Klf4 resulted in (1) upregulation of TGF-β1, -β2, -βR1, and -βR2; (2) downregulation of inhibitory Smad7; (3) hyperphosphorylation of Smad2/3; (4) elevated nuclear localization of phospho-Smad2/3 and Smad4; and (5) downregulation of CDK inhibitors p16 and p27. Consistently, shRNA-mediated knockdown of KLF4 in HCLE cells resulted in upregulation of TGF-β1 and -β2, hyperphosphorylation and nuclear localization of SMAD2/3, downregulation of SMAD7, and elevated SMAD4 nuclear localization. Furthermore, overexpression of KLF4 in HCLE cells resulted in downregulation of TGF-β1, -βR1, and -βR2 and upregulation of SMAD7, p16, and p27.

CONCLUSIONS

Collectively, these results demonstrate that KLF4 regulates CE cell cycle progression by suppressing canonical TGF-β signaling and overcomes the undesirable concomitant decrease in TGF-β-dependent CDK inhibitors p16 and p27 expression by directly upregulating them.

摘要

目的

Krüppel 样因子 4(KLF4)促进角膜上皮(CE)细胞命运,同时抑制间充质特性。TGF-β在细胞分化和发育中起着至关重要的作用,如果失调,它会诱导上皮-间充质转化(EMT)。由于 KLF4 和 TGF-β以依赖于上下文的方式相互调节,我们评估了 KLF4 和 TGF-β 信号之间的串扰在 CE 稳态中的作用。

方法

我们使用时空调节的成年小鼠 CE 中的 Klf4 消融,在三转基因 Klf4Δ/ΔCE(Klf4LoxP/LoxP/Krt12rtTA/rtTA/Tet-O-Cre)小鼠中,并通过短发夹 RNA(shRNA)介导的敲低或慢病毒载体介导的人角膜缘上皮(HCLE)细胞中的 KLF4 过表达来评估 KLF4 和 TGF-β 信号成分之间的串扰。通过定量 PCR、免疫印迹和/或免疫荧光染色来定量 TGF-β 信号成分和细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)抑制剂的表达。

结果

CE 特异性的 Klf4 消融导致(1)TGF-β1、-β2、-βR1 和 -βR2 的上调;(2)抑制性 Smad7 的下调;(3)Smad2/3 的过度磷酸化;(4)磷酸化 Smad2/3 和 Smad4 的核定位增加;和(5)CDK 抑制剂 p16 和 p27 的下调。一致地,shRNA 介导的 HCLE 细胞中的 KLF4 敲低导致 TGF-β1 和 -β2 的上调、SMAD2/3 的过度磷酸化和核定位、SMAD7 的下调和 SMAD4 核定位的增加。此外,HCLE 细胞中 KLF4 的过表达导致 TGF-β1、-βR1 和 -βR2 的下调以及 SMAD7、p16 和 p27 的上调。

结论

总之,这些结果表明 KLF4 通过抑制经典的 TGF-β 信号来调节 CE 细胞周期进程,并通过直接上调它们来克服 TGF-β 依赖性 CDK 抑制剂 p16 和 p27 表达的不希望的伴随下降。

https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/3466/6383833/fba504f6a1f2/i1552-5783-60-2-731-f01.jpg

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