程序性壞死（necroptosis）是一種可被調(diào)控的細(xì)胞死亡形式，已有大量研究發(fā)現(xiàn)程序性壞死參與多種炎癥性疾病與神經(jīng)退行性疾病致病過程。程序性壞死由程序性壞死復(fù)合物（necrosome）介導(dǎo)，necrosome是由RIPK1/RIPK3/MLKL 組成的蛋白復(fù)合物。雖然關(guān)于necrosome導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡已經(jīng)有大量研究，但是necrosome對細(xì)胞亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的作用還并未有研究。
2021年9月20日，中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心的袁鈞瑛課題組在Proc Natl Acad Sci USA.上發(fā)表論文“Necroptosis activates UPR sensors without disrupting their binding with GRP78”，對這一問題進(jìn)行了探索。
作者利用鄰位連接技術(shù)（Proximity ligation assay, PLA）對內(nèi)源的necrosome進(jìn)行可視化研究。該方法不僅可以檢測體外培養(yǎng)細(xì)胞中的necrosome，對小鼠組織中necrosome也有很好的檢測效果。在此基礎(chǔ)上，作者探索了necrosome的亞細(xì)胞定位并發(fā)現(xiàn)有較多比例的necrosome定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）中。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)可分泌蛋白的折疊場所，當(dāng)?shù)鞍渍郫B受阻時，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的未折疊反應(yīng)（unfolded protein response, UPR）信號通路會被激活，UPR由定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的三個感應(yīng)蛋白PERK、IRE1、ATF6介導(dǎo)。作者發(fā)現(xiàn)necroptosis可以激活PERK，IRE1和ATF6信號通路，促進(jìn)IRE1對其下游底物XBP1 mRNA的剪切，而被剪切的XBP1 mRNA可通過囊泡（Extracellular Vesicle）被釋放。該發(fā)現(xiàn)提示了發(fā)生程序性壞死（necroptosis）的細(xì)胞可通過細(xì)胞外囊泡內(nèi)的RNA組分發(fā)揮細(xì)胞間通訊作用。
此外，作者發(fā)現(xiàn)necroptosis激活UPR的機(jī)制與經(jīng)典的UPR激活機(jī)制不同。在細(xì)胞靜息狀態(tài)下，分子伴侶GRP78與PERK、IRE1、ATF6的ER管腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域（luminal domain）結(jié)合而抑制其激活。在經(jīng)典UPR激活條件下，未折疊蛋白與GRP78結(jié)合，導(dǎo)致PERK、IRE1與GRP78解離而寡聚化激活。而necroptosis發(fā)生時，MLKL促使ER發(fā)生形態(tài)變化，GRP78與PERK，IRE1不發(fā)生解離，直接通過PERK的跨膜結(jié)構(gòu)域（transmembrane domain）介導(dǎo)其激活。該發(fā)現(xiàn)揭示了necroptosis激活UPR信號通路的獨(dú)特機(jī)制，加深了對于necroptosis和UPR信號通路介導(dǎo)的細(xì)胞間通訊及相關(guān)疾病的理解（圖一）。
圖一 necrosome激活UPR信號通路
中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心袁鈞瑛教授是該文章通訊作者，中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心梁偉博士為該文章第一作者。該項(xiàng)研究受國家自然科學(xué)基金委、上海市科委、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國科學(xué)院資助完成。
