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科研进展

Mol Cell |许代超课题组揭示程序性坏死的相分离调控机制

发布时间:Jan 25, 2024

北京时间2024124日,Molecular Cell在线发表了中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心许代超研究组题为“PARP5A and RNF146 phase separation restrains RIPK1-dependent necroptosis 的研究论文,报道了新的程序性坏死的死亡检查点并揭示了该检查点以相分离的形式调控程序性坏死的分子机制。


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程序性坏死(necroptosis)是一种细胞裂解形式的程序性细胞死亡方式。程序性坏死的激活与众多人类疾病密切相关,如神经退行性疾病。程序性坏死主要被肿瘤坏死因子TNF诱导。当细胞被TNF刺激时,RIPK1会被招募到TNFR1在细胞膜内侧形成TNFR1超级复合物(TNF-RSC),并被多个死亡检查点抑制以阻止其激活。其中,RIPK1K376位点的泛素化便是重要的一环。若检查失败,激活的RIPK1会进一步诱导Caspase-8蛋白的激活,从而触发RIPK1依赖的凋亡。若Caspase-8被抑制,激活的RIPK1会通过RIPK3MLKL走向程序性坏死。虽然Caspase-8是抑制程序性坏死的关键检查点,但尚不清楚在Caspase-8被抑制后细胞如何检查程序性坏死。


相分离是分子凝聚体形成及行使功能过程中重要且普遍的现象。当生物分子达到阈值浓度时,它们便可以通过内在无序区域和/或模块化相互作用域的多价弱相互作用驱动相分离。相分离的凝聚体可实现多种细胞功能,包括通过增加局部蛋白浓度来促进生化反应动力学和特异性。然而,相分离是否参与了RIPK1介导的程序性坏死的调控完全是未知的。


在这项研究中,研究人员揭示了PARP5ARNF146蛋白通过共分相的方式促进了其对活化后的RIPK1-K376位点的聚ADP核糖基化(PARylation)依赖的泛素化修饰(PARdU)阻止了程序性坏死发生的分子机制(图1)。


该研究发现,如果当RIPK1TNF-RSC中不能被正常的检查点所抑制时,比如K376位点没有被正常的泛素化,这部分RIPK1就会发生激活,通过变构招募接头蛋白TAX1BP1,从而进一步将有功能的PARP5ARNF146蛋白复合物招募到激活的RIPK1上并分别通过PARP5A介导的PARylationRNF146介导的PARdU修饰在激活的RIPK1K376位点上连接泛素链,使其被蛋白酶体降解,进而阻止了程序性坏死的发生(图1)。


然而和PARP5A同源的蛋白PARP5B在之前的研究中被证明和PARP5A具有完全相同的功能。两者的氨基酸序列以及结构都十分相似,因此一度被认为在功能上冗余。然而研究人员发现PARP5B并不能像PARP5A一样调控程序性坏死。进一步的分析发现,PARP5A相比于PARP5B在其N端多了一个功能未知的HPS结构域,而该结构域是典型的无序结构域(IDR)。由于IDR可能驱动蛋白质相分离发挥特定功能,研究人员发现在程序性坏死发生的时候,PARP5ARNF146可以发生共相分离,且依赖于PARP5AHPS结构域。如果将HPS结构域人为接到PARP5B蛋白上以后,PARP5B也会发生相分离并调控程序性坏死。最后研究人员证明,PARP5ARNF146的共分相可以增加其局部浓度,这对于在PARP5A催化的RIPK1 PARylation修饰和随后RNF146催化的PARdU修饰至关重要(图1)。


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1. PARP5ARNF146新型细胞死亡检查点通过相分离调控程序性坏死的分子机制模式图


总之,本研究首次将相分离与RIPK1介导的程序性坏死相联系,并且从概念上提出了相分离触发的RIPK1-K376位点的PARdU修饰作为一种替代性的细胞死亡检查点的重要性。该研究将启发更多相分离调控细胞死亡通路新机制的发现,从而为基于细胞死亡干预的药物开发提供新的思路。


中国科学院生物与化学交叉研究中心许代超研究员为该文通讯作者,中国科学院生物与化学交叉研究中心博士生侯守巧和苏州大学张健副教授为该文共同第一作者。中国科学院生物与化学交叉研究中心Yuan Junying教授和刘聪研究员为该工作提供了宝贵的帮助。


该工作受到了科技部、中国科学院、国家自然科学基金委和上海市科委等项目的资助。


原文链接:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2023.12.041


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