中国科学家Nature发文揭示细胞死亡新机制

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来源:生物探索

时间:2016-07-12

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导读:中国科学家在CNS上又见新成果:中科院生物物理研究所王大成院士课题组与北京生命科学研究所邵峰院士课题组合作,在7月7日Nature上刊登的一篇文章中报道了gasdermin家族蛋白的N端结构域在细胞焦亡中所起的作用,揭示了gasdermin蛋白诱导细胞死亡的新机制。

细胞焦亡(pyroptosis)是由炎症造成的程序化细胞死亡,是免疫防御和疾病的关键。它由炎症的半胱天冬酶(caspase-1)切割gasdermin D (GSDMD)蛋白而触发。GSDMD包含了一个功能上很重要的、gasdermin家族共享的gasdermin-N端结构域。中科院生物物理研究所王大成院士课题组与北京生命科学研究所邵峰院士课题组合作,在7月7日Nature上刊登的一篇文章中报道了gasdermin家族蛋白的N端结构域在细胞焦亡中所起的作用,揭示了gasdermin蛋白诱导细胞死亡的新机制。


gasdermin-N有膜破坏性的细胞毒性

研究人员发现gasdermin-N端结构域在哺乳动物细胞中具有内源性的细胞毒性,它的过表达也会杀死细菌。gasdermin-N端结构域可能是通过破坏膜结构来引起细胞焦亡的。通过检测重组的gasdermin-N端结构域和膜脂质的结合,这篇文章表明gasdermin蛋白家族的 GSDMD, GSDMA3和GSDMA的gasdermin-N端结构可以和膜脂质、真核细胞膜上特有的磷酸化磷脂酰肌醇(phosphoinositide)以及原核细胞膜上特有的心磷脂(cardiolipin)相结合。这与gasdermin-N端结构域在哺乳动物细胞和细菌中均表现出膜破坏性的细胞毒性相一致。


gasdermin-N和膜脂质结合并形成孔

该文章通过检测Flag标记的GSDMD,分析了在细胞焦亡中gasdermin-N端结构域的细胞膜靶向位置。gasdermin-N端结构域在焦亡中从细胞质中移动到细胞膜上,和各种磷脂酰肌醇相结合。为了使膜靶向过程可视化,研究人员将GSDMD-N 和GSDMA3-N与绿色荧光蛋白融合并在细胞里诱导表达。gasdermin-N端结构域表达引起的细胞焦亡非常之剧烈,很快就积累了检测所需的充足信号,细胞随后出现体积膨胀和细胞膜胞吐现象。


研究人员还发现纯化的gasdermin-N端结构域能够有效裂解包含磷脂酰肌醇或心磷脂的脂质体,在人造或天然的磷脂混合物膜上形成孔。大多数这样形成的孔内径是10-14纳米左右,包含16个对称的聚合体。这些孔径的大小允许诱导细胞焦亡的IL-1 β (IL-18) 和caspase-1通过,它们的大小分别是4.5 和7.5 nm。


GSDMA3的晶体结构

GSDMA3的晶体结构显示了其自体抑制的双域结构,这在gasdermin家族中是保守的。gasdermin-N端结构域的结构并没有显示和任何已知蛋白有相似性,这表示它可能代表了一种新型的孔隙形成蛋白。结构导向的突变表明,gasdermin-N端结构域介导的脂质体泄露和孔隙形成是造成细胞焦亡所需要的。


这些发现揭示了细胞焦亡的分子机制,为gasdermin家族在坏死、免疫和疾病中的作用提供见解。对细胞焦亡的深入研究有助于认识其在相关疾病发生发展中的作用,为针对GSDMD开发自身炎症性疾病的药物奠定了坚实的理论基础,也为临床防治提供新思路。


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