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《分子细胞》:哈尔滨工业大学胡颖团队揭示GPX4非依赖调控铁死亡的新机制

已有 715 次阅读 2023-11-28 15:00 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

哈尔滨工业大学生命学院胡颖研究组通过在时间维度上分析铁死亡发生过程中的分子事件,揭示了GSTP1以GPX4非依赖的方式调控铁死亡的新机制,探究了在铁死亡早期GSTP1的失活机制。


北京时间2023年11月28日,国际学术期刊《分子细胞》在线发表了这一研究成果。哈尔滨工业大学生命学院胡颖教授为该文唯一通讯,博士生张文馨代俊仁为共同第一作者。

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细胞死亡是生命科学领域关注的核心。不同于凋亡,坏死等细胞死亡方式,铁死亡是一种铁依赖性脂质过氧化驱动的新型细胞死亡方式。已有大量证据表明铁死亡调控机制异常与退行性疾病,器官损伤以及恶性肿瘤等多种病理状态密切相关,因而深入理解铁死亡调控机制有望为相关疾病的治疗提供新的分子靶点,为深入解析相关病理过程提供新的视角。

目前认为谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPX4)是铁死亡的关键抵抗因子。该酶利用原型谷胱氨肽(GSH)以硒(Se)依赖的方式通过催化脂质过氧化物发生还原反应来发挥作用。随后的研究发现细胞内还存在GPX4非依赖的铁死亡保护机制,如铁死亡抑制因子(FSP1,曾被称为AIFM2)和二氢乳清酸脱氢酶(DHODH)可通过CoQ10,而非GSH实现对脂质过氧化物的解毒效应。然而,作为一种可调控性细胞死亡,尚缺乏从时间维度上对这种新型死亡方式的系统探索。

胡颖课题组推测,铁死亡作为一种可调控性细胞死亡,可能与其他调节性细胞死亡方式(如细胞凋亡)相似,是在系列信号级联反应的严格控制下从死亡的起始阶段进入执行阶段,而关键的铁死亡保护因子可能在起始阶段就会失活。

胡颖教授指导下,哈工大博士研究生张文馨代俊仁刘皓郑善亮等发现谷胱甘肽转移酶Pi(GSTP1)不仅通过谷胱甘肽转移酶活性催化GSH偶联脂质过氧化产物4-HNE抑制铁死亡,还具有硒非依赖的谷胱氨肽过氧化物酶活性,直接抵抗脂质过氧化来抑制铁死亡;同时揭示了在铁死亡早期E3连接酶SMURF2介导的GSTP1失活机制。

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图1:SMURF2-GSTP1轴调控铁死亡的模型

该团队首先基于铁死亡的脂质过氧化和细胞死亡表征,界定了铁死亡进程的起始阶段和执行阶段。随后,聚焦起始阶段分子事件,利用蛋白质组学技术系统地分析了蛋白质谱的变化特征,发现早期差异表达蛋白主要富集在谷胱甘肽代谢通路。基于蛋白互作网络分析,发现差异蛋白形成了两个独立模块:以GPX4为核心的模块1和由谷胱甘肽-S-转移酶(GST)家族蛋白组成模块2, GSTs中以GSTP1的变化最为明显。

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图2:蛋白-蛋白相互作用(PPI)网络在谷胱甘肽代谢途径中的两个模块

功能研究发现,GSTP1可阻滞多种肿瘤细胞的铁死亡进程,而其铁死亡的调控活性并不依赖于已经报道的关键因子GPX4,FSP1或DHODH,提示这是一种新型铁死亡抵抗机制。进一步利用多种生物化学分析手段发现,GSTP1同时具有GST活性和Se非依赖的GPx活性,该结果提示GSTP1可能是硒缺乏情况下GPX4功能的有益补充。

该团队还对GSTP1的铁死亡早期的失活机制进行了探究。研究发现,在铁死亡的起始阶段,该蛋白与E3连接酶SMURF2的结合迅速增多,导致SMURF2介导的GSTP1蛋白降解加快,推动铁死亡进入执行阶段。

多种体内外模型的研究显示,SMURF2/GSTP1信号轴对肿瘤细胞铁死亡的敏感性具有重要的调控作用,进入临床试验阶段的GSTP1小分子抑制剂TLK199(Ezatiostat)可有效提升具有促进铁死亡作用的FDA获批药物(Sulfasalazine)以及免疫检查点抑制剂(anti-PD-1)的抑瘤效应。

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图3:体内实验(HT1080 cells)

综上所述,该研究鉴定了一种非经典的GSH依赖的,硒非依赖性的铁死亡保护机制,并明确了GSTP1在此场景下发挥双酶活性的生化机制,发现了其在铁死亡早期受到抑制的主要分子机制。该研究丰富了对铁死亡调控网络的认知,为从死亡起始阶段入手调控铁死亡,杀伤肿瘤细胞提供了新靶点。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2023.10.042




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