上海有機所交叉中心揭示了程序性細胞死亡的廣譜啟動機制
程序性細胞死亡主要包括凋亡、程序性壞死、焦亡。凋亡由一系列caspases 蛋白介導(dǎo)，焦亡主要由caspases和gasdermin蛋白介導(dǎo)，而壞死通常發(fā)生在caspases被抑制的情況下。因此，不同的程序性細胞死亡具有相同/類似的分子特征。然而這些程序性死亡是否通過相同或類似的機制來啟動仍然未知。
腫瘤壞死因子TNF是一種主要的促炎細胞因子，受體互作蛋白激酶RIPK1是TNF通路中的關(guān)鍵節(jié)點。RIPK1可以通過其激酶功能誘導(dǎo)凋亡和/或程序性壞死。正常生理情況下，RIPK1激酶活性被多個保護性的“剎車”，即細胞死亡檢查點，所抑制，從而避免細胞死亡的發(fā)生。這些檢查點由一系列復(fù)雜的翻譯后修飾，主要包括泛素化和磷酸化，共同決定細胞是否發(fā)生死亡。任何一個檢查點的缺失，都會使得RIPK1被激活，進而導(dǎo)致細胞死亡的發(fā)生。多種人類炎癥性和自身免疫性疾病都與檢查點缺失和RIPK1被激活有關(guān)。近年來，領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)鑒定出了多個RIPK1的保護性檢查點。然而，當這些檢查點失活時，RIPK1的激活以及細胞死亡的啟動是否需要特定的信號仍不清楚。
2024年10月28日，中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心許代超課題組在Molecular Cell雜志在線發(fā)表了題為“Palmitoylation licenses RIPK1 kinase activity and cytotoxicity in the TNF pathway”的研究論文，報道了RIPK1介導(dǎo)細胞死亡的啟動機制，揭示了該機制以泛素化依賴的棕櫚酰化的形式調(diào)控RIPK1的激活和程序性細胞死亡的分子機制。
S-棕櫚酰化是一種可逆的脂質(zhì)修飾，其特點是在棕櫚?；D(zhuǎn)移酶的催化下，棕櫚酸通過硫酯鍵共價連接到蛋白的半胱氨酸殘基。棕櫚酰化可賦予蛋白疏水特性，促進蛋白的向膜遷移或影響蛋白互作。該研究發(fā)現(xiàn)，在TNF刺激短時間內(nèi)可誘導(dǎo)RIPK1發(fā)生棕櫚?；揎?。修飾位點位于其激酶結(jié)構(gòu)域內(nèi)一個保守的半胱氨酸殘基C257。進一步研究發(fā)現(xiàn)DHHC5是介導(dǎo)RIPK1棕櫚?；闹饕貦磅；D(zhuǎn)移酶，且DHHC5的功能發(fā)揮依賴于RIPK1的K63泛素化對其進行的招募（圖1）。
現(xiàn)有的理論認為，RIPK1的激活通過二聚體內(nèi)的反式自磷酸化進行，這意味著其激酶結(jié)構(gòu)域需要發(fā)生同源相互作用。然而，目前還不清楚RIPK1激酶結(jié)構(gòu)域如何實現(xiàn)這種同源互作以促進自身磷酸化激活。該研究結(jié)果建立了以下模型詳細闡明了當細胞死亡檢查點被破壞時，RIPK1介導(dǎo)的細胞死亡如何被啟動：①當細胞感應(yīng)到TNF后，RIPK1被迅速招募到臨近細胞膜區(qū)域的TNF受體復(fù)合物；在該復(fù)合物中，RIPK1在E3酶cIAP1/2的作用下發(fā)生K63連接的泛素化修飾。②這些K63泛素鏈會招募定位于細胞膜上的DHHC5，使之靠近RIPK1。③隨后，DHHC5催化RIPK1激酶結(jié)構(gòu)域上的棕櫚?；?，增加激酶結(jié)構(gòu)域的疏水特性，促進其同源相互作用；④在細胞死亡檢查點受阻的情況下，上述過程可以增強RIPK1的反式自激活，最終導(dǎo)致下游的RIPK1介導(dǎo)的細胞死亡，包括凋亡和程序性壞死（圖1）。
圖1. 當TNF通路中的保護性檢查點失活時，K63泛素化依賴的棕櫚?；龠MRIPK1激活和啟動細胞死亡的分子機制模式圖。
該研究進一步表明這種修飾在體內(nèi)至關(guān)重要，因為阻斷RIPK1棕櫚?；梢员Ｗo小鼠免受TNF誘導(dǎo)的致死性休克。此外，在患有代謝功能障礙相關(guān)的脂肪性肝病(MASH)小鼠肝臟中，脂肪酸的累積促進了MASH肝臟中DHHC5的擴增和RIPK1的棕櫚?；?，使得RIPK1過度激活導(dǎo)致肝細胞死亡和肝損傷。因此，該研究表明DHHC5介導(dǎo)的RIPK1棕櫚?；侵委熝装Y性疾病的潛在靶點。
值得注意的是，許代超團隊之前的研究發(fā)現(xiàn)gasdermin D的棕櫚?；墙雇鰡拥谋匾獥l件（Nat Cell Biol 2024,26:757）。但棕櫚酰化在不同細胞死亡類型中的作用方式有所不同。在焦亡中棕櫚?；龠Mgasdermin D的剪切激活和上膜成孔，而在凋亡和程序性壞死中，棕櫚?；龠MRIPK1的反式自激活?？傊@些系列的研究表明棕櫚?；揎検且环N廣譜的程序性細胞死亡啟動機制。
中國科學(xué)院生物與化學(xué)交叉研究中心許代超研究員為本文通訊作者，華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院顧勁楊教授為共同通訊作者，中國科學(xué)院生物與化學(xué)交叉研究中心張娜博士為第一作者。中國科學(xué)院生物與化學(xué)交叉研究中心李婉津研究員、劉建平副研究員等人為該工作提供了寶貴的幫助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.10.002
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