Bcl-2通過GSDMD和MLKL分別調(diào)節(jié)pyroptosis和necroptosis

欄目：最新研究動態(tài) 發(fā)布時間：2020-03-25
凋亡（apoptosis）是一種細(xì)胞控制的程序性細(xì)胞死亡方式，在維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)、發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用......

   凋亡（apoptosis）是一種細(xì)胞控制的程序性細(xì)胞死亡方式，在維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)、發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。凋亡水平下調(diào)能導(dǎo)致癌癥的發(fā)生，而上調(diào)則與感染、神經(jīng)退行性疾病和自身免疫性疾病密切相關(guān)。在細(xì)胞調(diào)節(jié)凋亡的分子機(jī)制中包含intrinsic pathway和extrinsic pathway。Intrinsic pathway又稱線粒體凋亡通路，是已Bcl2蛋白家族為調(diào)節(jié)核心的凋亡調(diào)節(jié)通路。根據(jù)功能和Bcl2 homology (BH) domains的組成，Bcl-2家族蛋白可分為三類。第一類：抗凋亡Bcl2蛋白，含結(jié)構(gòu)域BH1、BH2、BH3、BH4，如Bcl-2、Bcl xl，通過與促凋亡成分直接作用抑制細(xì)胞凋亡。第二類：促凋亡蛋白Bax和Bak，含結(jié)構(gòu)域BH1、BH2、BH3,直接參與MOM穿孔反應(yīng)。第三類：BH3-only蛋白，如Bid、Bim、PUMA，能直接激活凋亡。在沒有上游凋亡信號的情況下，抗凋亡蛋白與促凋亡蛋白結(jié)合進(jìn)而抑制它們的激活。而在激活信號如生長因子缺失、輻射或毒素的刺激下，凋亡信號激活并引發(fā)下游caspase-9的激活，進(jìn)而激活凋亡級聯(lián)反應(yīng)。

                                               圖1 凋亡信號通路[1]
   新的研究鑒定了人體中caspase-1, 4 or 5以及小鼠中 caspase-1 and 11的底物GSDMD，被剪切的GSDMD的30kD的N-terminal domain激活了一種新的細(xì)胞死亡方式，焦亡（pyroptosis）[2]。壞死性凋亡（necroptosis）是由RIP1/RIP3/MLKL信號通路調(diào)節(jié)的死亡方式， MLKL的磷酸化活化轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)膜上是其激活的核心。
   近期發(fā)表于Cell Death Discovery上的一文研究了三者間是否存在共同的調(diào)節(jié)作用[3]。該文作者提出問題：Bcl-2抑制凋亡的同時，是否也調(diào)節(jié)其他的細(xì)胞死亡方式？

                                       圖2 Bcl-2與GSDMD的BH3-like domain相互作用
   作者首先通過序列分析指出GSDMD的N端含有BH3-like結(jié)構(gòu)的特征序列：Hy-xxx-Hy-K/R-xx-Small-D/E-x-Hy。通過內(nèi)源性IP、截短驗(yàn)證、體外pull-down實(shí)驗(yàn)，作者證明了Bcl-2能與GSDMD的N端直接結(jié)合。此外，作者也鑒定了GSDMD-L150Q和Bcl-2 G145A在兩者相互作用中的核心作用。如圖2所示。進(jìn)一步的研究指出該結(jié)合能抑制caspases 1、4、5剪切GSDMD形成30kD的N-terminal片段。有趣的是，Bcl-2的作用下，GSDMD形成一種10kD左右的N端剪切體。生化實(shí)驗(yàn)表明該剪切形式是發(fā)生在GSDMD D87位點(diǎn)。雖然體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明Bcl-2抑制GSDMD的D275剪切并促進(jìn)D87剪切的發(fā)生，但體外實(shí)驗(yàn)顯示Bcl-2也抑制caspase-3對GSDMD的D87剪切作用。在功能研究中中，作者指出Bcl-2的水平影響NLRP3介導(dǎo)的炎癥激活。

                                      圖3 Bcl-2與MLKL的BH3-like domain相互作用
   在MLKL的165-176氨基酸中，作者也分析發(fā)現(xiàn)了BH3-like domain。體內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)也證明了Bcl-2與MLKL的BH3-like domain直接相互作用。如圖3所示。而該作用能抑制RIP誘導(dǎo)MLKL的磷酸化和寡聚化。功能研究中，Bcl-2能抑制TSZ處理誘導(dǎo)的HT-29細(xì)胞壞死性凋亡。
最后，作者指出：這并不是Bcl-2與非Bcl2家族蛋白的BH3-like domain結(jié)合的首次報(bào)道。也有報(bào)道指出Bcl-2與Beclin-1的BH3-like domain結(jié)合并抑制自噬[4]。這項(xiàng)研究展示了兩個新的實(shí)例。
參考文獻(xiàn)：
1.Brumatti, G., et al., 'Did He Who Made the Lamb Make Thee?' New Developments in Treating the 'Fearful Symmetry' of Acute Myeloid Leukemia. Trends Mol Med, 2017. 23(3): p. 264-281.
2.Shi, J., et al., Cleavage of GSDMD by inflammatory caspases determines pyroptotic cell death. Nature, 2015. 526(7575): p. 660-5.
3.Shi, C.-S. and J.H. Kehrl, Bcl-2 regulates pyroptosis and necroptosis by targeting BH3-like domains in GSDMD and MLKL. Cell Death Discovery, 2019. 5(1).
4.Pattingre, S., et al., Bcl-2 antiapoptotic proteins inhibit Beclin 1-dependent autophagy. Cell, 2005. 122(6): p. 927-39.