2019年9月13日，國際學術期刊Nature Communications在線發(fā)表了中國科學院營養(yǎng)與健康研究所章海兵研究組的最新研究成果“Ubiquitination of RIPK1 suppresses programmed cell death by regulating RIPK1 kinase activation during embryogenesis”。該研究揭示了重要激酶蛋白RIPK1通過K376位點的泛素化修飾，調(diào)控細胞生存與死亡命運轉(zhuǎn)換的關鍵分子機制，為相關疾病的治療提供了新的思路。
細胞死亡是多細胞生物體維持自身穩(wěn)態(tài)與正常發(fā)育的基本生命活動，人類多數(shù)疾病從根本上說歸因于細胞死亡異常（過多或過少）。RIPK1蛋白是調(diào)控細胞凋亡、細胞程序性壞死以及炎癥信號通路中的關鍵分子，參與胚胎發(fā)育、造血系統(tǒng)發(fā)育以及免疫穩(wěn)態(tài)維持等多種重要生物學過程，最近有報道發(fā)現(xiàn)RIPK1基因突變的病人同時表現(xiàn)自身免疫缺陷及自身炎癥性疾病，提示RIPK1在人體免疫調(diào)控中具有關鍵作用，而且靶向RIPK1的小分子藥物治療漸凍癥、風濕性關節(jié)炎以及結腸炎等疾病也在臨床試驗階段。分子機理研究顯示，RIPK1一方面通過參與介導NF-kB及MAPK信號通路促進細胞存活及炎癥反應，另一方面RIPK1可以通過與FADD、Caspase8等分子互作介導細胞凋亡，而當?shù)蛲鐾繁灰种茣r，RIPK1可以通過與RIPK3結合形成壞死小體，激活下游MLKL誘導細胞程序性壞死的發(fā)生。而目前對RIPK1在不同應激條件下如何通過轉(zhuǎn)換不同的信號通路而決定細胞存活或死亡，這個關鍵的生死轉(zhuǎn)換的分子機制仍不清楚。
章海兵研究組的研究人員發(fā)現(xiàn)RIPK1的一個主要的泛素化位點Lys376的泛素化修飾是決定細胞命運的關鍵。Lys376是RIPK1蛋白上的重要泛素連接位點，可以通過連接K63泛素鏈招募下游IKK復合體，從而激活NF-kB信號通路。利用CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)，研究人員構建了RIPK1 K376R位點突變的小鼠，并意外地發(fā)現(xiàn)純合突變的小鼠在胚胎發(fā)育至12.5天時死亡。研究人員進一步發(fā)現(xiàn)，從突變小鼠胚胎分離的成纖維細胞對于TNF-a介導的細胞凋亡和細胞壞死表現(xiàn)出較野生型細胞更強的敏感性，而RIPK1的激酶抑制劑Necrostatin-1能夠有效抑制突變細胞的過度死亡。因此，該突變引起的小鼠胚胎致死可能是過度激活了RIP1激酶活性依賴的細胞凋亡和細胞壞死。為了在體內(nèi)驗證這一推測，研究人員對突變小鼠進行了藥物干預，發(fā)現(xiàn)Necstatin-1能夠有效延遲小鼠的胚胎期死亡。而在突變小鼠的背景下同時敲除介導細胞凋亡的蛋白FADD和介導細胞壞死的蛋白RIPK3或MLKL能夠使突變小鼠存活至成年。而當小鼠僅攜帶一半劑量的突變基因時，該小鼠也能夠存活至成年。這些結果說明，在胚胎正常發(fā)育過程中，Lys376介導的RIPK1泛素化能夠“關閉”RIPK1的激酶活性，從而抑制細胞異常的細胞凋亡和程序性壞死，保證胚胎的正常發(fā)育。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)在突變小鼠的基礎上敲除TNFR1也能夠阻止突變小鼠的胚胎致死，但是該雙突變小鼠在出生后兩周內(nèi)會發(fā)生嚴重的系統(tǒng)性炎癥。研究人員意外地發(fā)現(xiàn)這種嚴重的系統(tǒng)性炎癥是依賴于RIPK3的，敲除RIPK3可以顯著抑制這種系統(tǒng)性炎癥疾病的發(fā)生。這些結果說明，在小鼠出生后，Lys376介導的RIPK1泛素化能夠抑制RIPK3依賴的系統(tǒng)性炎癥。綜上所述，該研究通過對RIPK1 Lys376位點體內(nèi)功能的研究，闡明了這一重要位點通過調(diào)控RIPK1的激活介導的細胞死亡及炎癥信號通路，從而調(diào)控胚胎發(fā)育和炎癥性疾病的分子機制，為今后探究RIPK1的泛素化修飾在相關疾病中的作用以及尋找潛在藥物靶點提供了新的思路。值得關注的是，《Nature Communications》同期在線發(fā)表了清華大學林欣教授研究組關于RIPK1調(diào)控相同結論的研究論文。
RIPK1 K376泛素化調(diào)控死亡與炎癥的分子機制
中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所的章海兵研究員為文章的通訊作者，研究組的博士研究生張希希和張海威為文章的共同第一作者。本研究得到了中國科學院生物化學與細胞生物學研究所周斌研究員，上海巴斯德研究所王海坤研究員，華東師范大學李大力教授，上海營養(yǎng)與健康研究所丁秋蓉研究員和應浩研究員，以及上海交通大學王慧教授的大力支持。同時，本研究得到了國家自然科學基金委，科技部重大研發(fā)計劃的資助以及上海營養(yǎng)與健康研究所公共技術平臺的支持。
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