程序性細(xì)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(xì)胞死亡具有相同/類(lèi)似的分子特征。然而這些程序性死亡是否通過(guò)相同或類(lèi)似的機(jī)制來(lái)啟動(dòng)仍然未知。
腫瘤壞死因子TNF是一種主要的促炎細(xì)胞因子，受體互作蛋白激酶RIPK1是TNF通路中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。RIPK1可以通過(guò)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(gè)保護(hù)性的“剎車(chē)”，即細(xì)胞死亡檢查點(diǎn)，所抑制，從而避免細(xì)胞死亡的發(fā)生。這些檢查點(diǎn)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(xì)胞是否發(fā)生死亡。任何一個(gè)檢查點(diǎn)的缺失，都會(huì)使得RIPK1被激活，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡的發(fā)生。多種人類(lèi)炎癥性和自身免疫性疾病都與檢查點(diǎn)缺失和RIPK1被激活有關(guān)。近年來(lái)，領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)鑒定出了多個(gè)RIPK1的保護(hù)性檢查點(diǎn)。然而，當(dāng)這些檢查點(diǎn)失活時(shí)，RIPK1的激活以及細(xì)胞死亡的啟動(dòng)是否需要特定的信號(hào)仍不清楚。
2024年10月28日，生命過(guò)程小分子調(diào)控全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室許代超課題組在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(bào)道了RIPK1介導(dǎo)細(xì)胞死亡的啟動(dòng)機(jī)制，揭示了該機(jī)制以泛素化依賴(lài)的棕櫚?；男问秸{(diào)控RIPK1的激活和程序性細(xì)胞死亡的分子機(jī)制。
S-棕櫚?；且环N可逆的脂質(zhì)修飾，其特點(diǎn)是在棕櫚?；D(zhuǎn)移酶的催化下，棕櫚酸通過(guò)硫酯鍵共價(jià)連接到蛋白的半胱氨酸殘基。棕櫚?；少x予蛋白疏水特性，促進(jìn)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(shí)間內(nèi)可誘導(dǎo)RIPK1發(fā)生棕櫚?；揎棥Ｐ揎椢稽c(diǎn)位于其激酶結(jié)構(gòu)域內(nèi)一個(gè)保守的半胱氨酸殘基C257。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)DHHC5是介導(dǎo)RIPK1棕櫚酰化的主要棕櫚?；D(zhuǎn)移酶，且DHHC5的功能發(fā)揮依賴(lài)于RIPK1的K63泛素化對(duì)其進(jìn)行的招募（圖1）。
現(xiàn)有的理論認(rèn)為，RIPK1的激活通過(guò)二聚體內(nèi)的反式自磷酸化進(jìn)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(shí)現(xiàn)這種同源互作以促進(jìn)自身磷酸化激活。該研究結(jié)果建立了以下模型詳細(xì)闡明了當(dāng)細(xì)胞死亡檢查點(diǎn)被破壞時(shí)，RIPK1介導(dǎo)的細(xì)胞死亡如何被啟動(dòng)：①當(dāng)細(xì)胞感應(yīng)到TNF后，RIPK1被迅速招募到臨近細(xì)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(huì)招募定位于細(xì)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(jìn)其同源相互作用；④在細(xì)胞死亡檢查點(diǎn)受阻的情況下，上述過(guò)程可以增強(qiáng)RIPK1的反式自激活，最終導(dǎo)致下游的RIPK1介導(dǎo)的細(xì)胞死亡，包括凋亡和程序性壞死（圖1）。
圖1. 當(dāng)TNF通路中的保護(hù)性檢查點(diǎn)失活時(shí)，K63泛素化依賴(lài)的棕櫚?；龠M(jìn)RIPK1激活和啟動(dòng)細(xì)胞死亡的分子機(jī)制模式圖。
該研究進(jìn)一步表明這種修飾在體內(nèi)至關(guān)重要，因?yàn)樽钄郣IPK1棕櫚?；梢员Ｗo(hù)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(jìn)了MASH肝臟中DHHC5的擴(kuò)增和RIPK1的棕櫚?；沟肦IPK1過(guò)度激活導(dǎo)致肝細(xì)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(diǎn)。
值得注意的是，許代超團(tuán)隊(duì)之前的研究發(fā)現(xiàn)gasdermin D的棕櫚酰化是焦亡啟動(dòng)的必要條件（Nat Cell Biol 2024,26:757）。但棕櫚?；诓煌?xì)胞死亡類(lèi)型中的作用方式有所不同。在焦亡中棕櫚?；龠M(jìn)gasdermin 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M(jìn)RIPK1的反式自激活?？傊?，這些系列的研究表明棕櫚?；揎検且环N廣譜的程序性細(xì)胞死亡啟動(dòng)機(jī)制。
中國(guó)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(jì)醫(yī)學(xué)院顧勁楊教授為共同通訊作者，中國(guó)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(guó)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
附件下載：
