揭秘細胞死亡新視角：壞死性凋亡的調(diào)控機制與潛在醫(yī)療應用
以前，人們認為凋亡和壞死是兩種不同的細胞死亡形式，前者受到調(diào)節(jié)，后者是偶然的。新的數(shù)據(jù)已經(jīng)反駁了這種觀點，實驗證據(jù)支持分子調(diào)控并非細胞凋亡所獨有，某些形式的壞死還涉及由膜受體和細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導分子組成的調(diào)節(jié)機制。研究最充分的調(diào)節(jié)性或程序性壞死形式稱為壞死性凋亡。壞死性凋亡是一種受調(diào)節(jié)的細胞死亡形式，嚴重依賴于受體相互作用絲氨酸蘇氨酸激酶3(RIPK3)和混合譜系激酶結(jié)構(gòu)域樣(MLKL)，通常表現(xiàn)為壞死的形態(tài)特征。已經(jīng)表明壞死性凋亡在各種病理生理條件下會導致細胞死亡，包括病毒感染、急性腎損傷和心臟缺血/再灌注。此外，壞死性凋亡在腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移中也具有重要作用。近期，多篇文獻報道了壞死性凋亡相關(guān)研究，可能為開發(fā)新的壞死性凋亡相關(guān)藥物和療法提供幫助。
1. PARP5A和RNF146相分離可抑制RIPK1依賴性壞死性凋亡
相分離是介導生物分子凝聚物形成及其功能的重要機制。壞死性凋亡是由TNFR1下游的RIPK1、RIPK3和MLKL介導的程序性細胞死亡的裂解形式，與許多人類疾病有關(guān)。然而，目前尚不清楚壞死性凋亡是否受相分離的調(diào)節(jié)。中國科學院上海有機化學研究所生物與化學跨學科研究中心Daichao Xu團隊的研究表明在銜接蛋白TAX1BP1誘導壞死性凋亡和募集后，PARP5A及其結(jié)合伴侶RNF146通過多價相互作用形成液體狀凝聚體，對活化的RIPK1進行聚ADP核糖基化(PARylation)和PARylation依賴性泛素化(PARdU)[1]。他們發(fā)現(xiàn)PARdU主要發(fā)生在RIPK1的K376殘基上，它促進激酶激活的RIPK1蛋白酶體降解以抑制壞死性凋亡(圖1)。這些數(shù)據(jù)表明，RIPK1 K376上的PARdU提供了一種替代的細胞死亡檢查點，該檢查點由PARP5A和RNF146對壞死性凋亡的相分離依賴性控制介導。
圖1 RIPK1的K376殘基PARdU，促進激酶激活的RIPK1蛋白酶體降解，以控制壞死性凋亡
2. HSPA8通過抑制和逆轉(zhuǎn)功能性淀粉樣蛋白的形成來抑制壞死性凋亡
含RHIM基序的淀粉樣蛋白是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的功能性淀粉樣蛋白家族，在介導哺乳動物細胞壞死性凋亡信號轉(zhuǎn)導中起著重要作用。上海中國科學院細胞生物學國家重點實驗室Liming Sun團隊將熱休克蛋白家族A成員8(HSPA8)鑒定為一種新型酶，它直接分解RHIM-淀粉樣蛋白以抑制細胞和小鼠中的壞死性凋亡信號傳導[2]。HSPA8通過疏水性六肽基序N(X1)φ(X3)特異性識別含有RHIM的蛋白質(zhì)。HSPA8的SBD結(jié)構(gòu)域與含RHIM的蛋白質(zhì)相互作用，阻止鄰近的RHIM單體堆積成功能性纖維；此外，由于NBD結(jié)構(gòu)域通過ATP水解提供能量，HSPA8將預先形成的RHIM淀粉樣蛋白分解成非功能性單體(圖2)。利用這種淀粉酶活性，HSPA8逆轉(zhuǎn)了引發(fā)劑RHIM淀粉樣蛋白(由RIP1、ZBP1和TRIF形成)，以防止壞死性凋亡的發(fā)生，并逆轉(zhuǎn)了RIP3淀粉樣蛋白，以防止壞死性凋亡的執(zhí)行，從而消除了多水平的RHIM淀粉狀蛋白，有效地防止了自發(fā)性壞死性凋亡激活。
圖2 HSPA8抑制引發(fā)劑RHIM原纖維的形成
3. MLKL聚合誘導的溶酶體膜通透性促進壞死性凋亡
MLKL形成淀粉樣聚合物以促進壞死性凋亡。然而，這些聚合物觸發(fā)細胞死亡的機制尚不清楚。美國南佛羅里達大學莫爾薩尼醫(yī)學院Zhigao Wang團隊確定在誘導壞死性凋亡的過程中，活化的MLKL會轉(zhuǎn)移到溶酶體膜上[3]。MLKL的后續(xù)聚合誘導溶酶體聚集和融合，最終導致溶酶體膜通透性(LMP)。這種LMP導致溶酶體內(nèi)容物快速釋放到細胞質(zhì)中，導致組織蛋白酶水平大幅上升，組織蛋白酶B(CTSB)是隨后細胞死亡的重要因素，因為它切割了許多對細胞存活至關(guān)重要的蛋白質(zhì)。重要的是，化學抑制或敲除CTSB可以保護細胞免受壞死性凋亡(圖3)。此外，MLKL N-末端結(jié)構(gòu)域(NTD)的誘導聚合也會觸發(fā)LMP，導致CTSB釋放和隨后的細胞死亡。這些發(fā)現(xiàn)清楚地確立了MLKL聚合誘導的溶酶體膜通透性(MPI-LMP)在壞死性凋亡過程中的關(guān)鍵作用。
圖3 CTSB的缺失可防止蛋白質(zhì)切割并抑制NTD-DmrB細胞的壞死性凋亡
云克隆不僅可提供多種細胞死亡(凋亡、自噬、鐵死亡、焦亡)信號通路相關(guān)產(chǎn)品，包括TNFα、CASP3、CTSK、NFkB、CASP9、Bcl2、BECN1、CTSD、CTSL、ERK1、ERK2等，還具有上述RIPK3、MLKL、PARP5A、TNFR1、HSPA8、CTSB等相關(guān)蛋白檢測產(chǎn)品，可助力廣大科研工作者進行細胞死亡相關(guān)研究。
參考文獻
[1]Hou S, Zhang J, Jiang X, et al. PARP5A and RNF146 phase separation restrains RIPK1-dependent necroptosis. Mol Cell. 2024;84(5):938-954.e8. (IF=14.5)
[2]Wu E, He W, Wu C, et al. HSPA8 acts as an amyloidase to suppress necroptosis by inhibiting and reversing functional amyloid formation. Cell Res. 2023;33(11):851-866. (IF=28.1)
[3]Liu S, Perez P, Sun X, et al. MLKL polymerization-induced lysosomal membrane permeabilization promotes necroptosis. Cell Death Differ. 2024;31(1):40-52. (IF=13.7)