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營養與健康所發現RIPK3蛋白RHIM結構域調控細胞死亡和炎症的新機制

2020-05-22 上海營養與健康研究所
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  5月19日,國際學術期刊Cell Reports 在线发表了中國科學院上海營養與健康研究所章海兵课题组的研究論文“Crucial roles of the RIP homotypic interaction motifs (RHIM) of RIPK3 in RIPK1-dependent cell death and lymphoproliferative disease”。该研究发现小鼠RIPK3蛋白V448P突变破坏C端RHIM结构域导致RIPK1-RIPK3相互作用缺失从而抑制体外、体内细胞程序性坏死(necroptosis)的发生;同时在FADD敲除小鼠中RHIM结构域的V448P突变还导致严重的全身系统性淋巴增生特征的自身免疫性疾病(Systemic lymphoproliferative disease),而进一步敲除RIPK1基因可以缓解系统性的淋巴细胞增生的发生。

  细胞程序性坏死是一种新型的细胞炎性死亡方式,以胞质内蛋白形成坏死小体(necrosome),细胞膜打孔破裂释放内容物诱导炎症为主要特征。坏死小体主要由受体相互作用蛋白激酶1和3(Receptor-interacting protein kinases 1/3,RIPK1/RIPK3)组成,RIPK1蛋白在人类疾病中发挥重要作用,有报道发现RIPK1基因突变导致单基因遗传的自身炎症性疾病。携带RIPK1突变的患者会发生反复感染、早发性炎症性肠病等,正常基因型的造血干细胞移植可以缓解患者的炎症表现。最新报道还发现携带RIPK1切割位点变异会导致患者早发周期性发热症和严重的淋巴细胞增生疾病。RIPK1与RIPK3通过蛋白C端功能域RIP homotypic interaction motifs (RHIM)形成同源或异源多聚蛋白复合体。而目前对于保守的VQIG氨基酸序列组成的RIPK3蛋白C端RHIM结构域的生理功能及作用机制的研究仍不清楚。

  研究人員首先在體外細胞表達實驗中發現,人源和鼠源的RIPK3蛋白呈現多聚體狀態並且誘導細胞發生細胞凋亡。通過CRISPR-Cas9敲除RIPK1、FADD、Casp3就能阻止過表達RIPK3引起的細胞凋亡。此外通過突變RHIM功能域上的重要位點,發現人源V460P、鼠源V448P不僅阻止RIPK3蛋白多聚體的出現也可以阻止細胞凋亡的發生。因此,體外實驗結果表明人源V460P、鼠源V448P都可以破壞RHIM介導的RIPK3多聚引起細胞凋亡的功能。

  爲了研究RIPK3蛋白RHIM功能結構域的體內功能,研究人員通過CRISPR-Cas9構建V448P點突變knock-in小鼠。對小鼠原代細胞進行細胞死亡誘導發現,V448P點突變細胞對RIPK1激酶依賴的細胞凋亡及細胞壞死都具有明顯的抵抗作用。免疫共沈澱實驗也顯示,V448P點突變後的RIPK3蛋白不能與RIPK1發生相互作用。爲進一步證實V448P點突變抑制細胞壞死的作用,研究人員在FADD基因敲除小鼠中引入該突變,由于FADD敲除小鼠在胚胎發育時期由于發生過度細胞程序性壞死導致胚胎死亡,V448P點突變可以挽救FADD敲除導致的小鼠胚胎致死並存活到成年。這些實驗結果在體外、體內條件下均證實了RIPK3蛋白RHIM功能域在介導細胞死亡中的關鍵作用。

  人类自身免疫性淋巴细胞增生综合征(autoimmune lymphoproliferative syndrome,ALPS)是一种淋巴细胞增生为特征的自身免疫性疾病。该疾病的发生是因为淋巴细胞的死亡通路被阻断,导致淋巴细胞的发育稳态被破坏,表现为淋巴结肿大、脾脏肿大、淋巴瘤以及其它自身免疫性疾病的发生。研究人员发现FADD基因敲除小鼠中RIPK3基因V448P突变后小鼠表现为比RIPK3基因敲除更严重的系统性淋巴细胞增生疾病,而通过进一步敲除RIPK1则可以缓解这个疾病的发生。这一意外发现表明RIPK3的RHIM功能结构域不仅在介导细胞程序性坏死信号通路中具有关键作用,而且通过与RIPK1的相互作用在调控淋巴细胞发育及免疫稳态中也发挥重要作用,这些发现为治疗与细胞死亡相关的自身免疫性疾病提供了理论基础和新的靶点。

  营养与健康所研究员章海兵为该論文通讯作者,博士研究生张海威以及助理研究员吴小霞为共同第一作者。该工作得到上海交通大学医学院瑞金医院教授罗艳、上海交通大学医学院公共卫生学院教授王慧、广州医科大学教授蒋义国等的大力支持。该研究还得到科技部、国家自然科学基金委及中科院等的资助,同时也得到营养与健康所公共技术平台和动物平台的支持。

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图注: RIPK3 RHIM结构域调控细胞死亡与炎症的作用机制

打印 責任編輯:葉瑞優

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