外泌體介導(dǎo)的鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)鐵死亡抗性

欄目：最新研究動態(tài) 發(fā)布時間：2020-02-24
鐵死亡是新發(fā)現(xiàn)的一種程序性細(xì)胞死亡方式。它是2012年研究人員通過篩選發(fā)現(xiàn)小分子化合物erastin介導(dǎo)的一種特殊細(xì)胞死亡方式......

研究背景：
  鐵死亡是新發(fā)現(xiàn)的一種程序性細(xì)胞死亡方式。它是2012年研究人員通過篩選發(fā)現(xiàn)小分子化合物erastin介導(dǎo)的一種特殊細(xì)胞死亡方式。它的基本特征包括脂質(zhì)活性氧聚集和依賴于鐵。在細(xì)胞形態(tài)和分子機(jī)制上，鐵死亡與細(xì)胞凋亡有顯著區(qū)別。鐵死亡發(fā)生時，線粒體發(fā)生皺縮、膜密度增加和膜完整性收到破壞。鐵螯合劑能抑制鐵死亡，而其他凋亡、自噬相關(guān)抑制劑無法抑制鐵死亡。在病理性的細(xì)胞損傷和癌癥中，鐵死亡都扮演了重要的角色。
  鐵死亡中的很多分子機(jī)制尚未明確，不同細(xì)胞間的鐵死亡抗性為何不同也存在巨大疑問。在近期發(fā)表于Development Cell上的Prominin2 Drives Ferroptosis Resistance by Stimulating Iron Export [1]一文為這些問題提供了新的答案。
當(dāng)上皮細(xì)胞，即那些在體腔表面排列的上皮細(xì)胞，脫離被稱為細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的支架狀蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時，就會引起細(xì)胞死亡。在之前的研究中，該文作者發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞外基質(zhì)去除（ECM detachment）后會促進(jìn)鐵死亡的發(fā)生[2]。但在該條件下，仍有細(xì)胞能夠存活。于是作者通過RNA-seq找到了ECM detachment條件下表達(dá)顯著上調(diào)的Prominin2（PROM2）（圖1A）。并提出猜想：PROM2與鐵死亡抵抗相關(guān)。
本文技術(shù)路線：

  作者首先證明了鐵死亡誘導(dǎo)了PROM2的表達(dá)，結(jié)果如圖1所示。在乳腺癌細(xì)胞系MCF10A和Hs578t中，GPX4共價結(jié)合抑制劑RSL3處理能顯著上調(diào)PROM2的表達(dá)（圖1D）。同時，鐵死亡抑制劑ferrostatin-1的處理能顯著回復(fù)干擾PROM2后的ECM detachment細(xì)胞死亡增多（圖1C）。

                                              圖1 Prominin2是鐵死亡響應(yīng)蛋白

  接下來作者檢測了PROM2是否影響鐵死亡。在MCF10A和Hs578t細(xì)胞中使用不同類型的鐵死亡激活劑處理后，敲低PROM2能顯著增加細(xì)胞的鐵死亡敏感性（圖2A-B）。而過表達(dá)PROM2則有相反的效果（圖2D）。

                                               圖2 Prominin2能提升鐵死亡抵抗能力

  在發(fā)現(xiàn)這些表型后，作者開始探究PROM2調(diào)節(jié)鐵死亡的分子機(jī)制。免疫熒光檢測鐵死亡過程中PROM2的細(xì)胞定位結(jié)果顯示：PROM2與multivesicular bodies (MVBs)分子標(biāo)志TSG101共定位。干擾PROM2后，MVBs的形成收到阻礙（圖3D-E）。同時，作者也證實(shí)了MVBs的形成是細(xì)胞逃逸鐵死亡所必須的。

                                      圖3 在抑制GPX4誘導(dǎo)鐵死亡的情況下，Prominin2促進(jìn)MVBs的形成
  作者猜想該過程中MVBs轉(zhuǎn)運(yùn)了某種促進(jìn)鐵死亡的因子至細(xì)胞外從而促進(jìn)了鐵死亡抵抗。同時前人報道了鐵儲存蛋白ferritin能通過外泌體轉(zhuǎn)分泌到細(xì)胞外[3]。因此作者提出了外泌體轉(zhuǎn)運(yùn)ferritin至胞外抑制鐵死亡的假說。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，RSL3處理激活鐵死亡后，阻斷PROM2或ferritin能顯著提升細(xì)胞內(nèi)自由鐵離子濃度（圖4A-B）。

                                       圖4 Prominin2和Ferritin調(diào)節(jié)抑制GPX4后的細(xì)胞內(nèi)自由鐵離子濃度

參考文獻(xiàn)：
1.Brown, C.W., et al., Prominin2 Drives Ferroptosis Resistance by Stimulating Iron Export. Dev Cell, 2019.
2.Brown, C.W., J.J. Amante, and A.M. Mercurio, Cell clustering mediated by the adhesion protein PVRL4 is necessary for alpha6beta4 integrin-promoted ferroptosis resistance in matrix-detached cells. J Biol Chem, 2018. 293(33): p. 12741-12748.
3.Truman-Rosentsvit, M., et al., Ferritin is secreted via 2 distinct nonclassical vesicular pathways. Blood, 2018. 131(3): p. 342-352.