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最近一期《自然》发表一篇关于细胞程序性坏死分子机制的研究,非常值得阅读。
细胞死亡存在不同类型,根据形态学特征,可以把细胞死亡分成凋亡和坏死两种最基本类型。细胞凋亡的特征是细胞质萎缩,核固缩,caspases活性增加,最终细胞裂解。细胞坏死,曾经被认为是发生在一个能量供应障碍的情况下,涉及膜的完整性丧失,随后细胞肿胀,最终细胞裂解。早期认为细胞坏死属于被动或默认,但越来越多的证据表明,至少有一些坏死形式属于程序性或可以被调节的。例如细菌和病毒感染、各类神经退行性疾病和心脑器官缺血再灌注损伤。
TNF-α,FasL和TRAIL的受体激活后,可以诱导细胞凋亡或坏死,比如,加入TNF-α的细胞可以激活丝氨酸/苏氨酸激酶RIP1,然后可以使细胞出现三类结果,一是NF-kB激活,二是通过FADD导致细胞凋亡,三是通过通过RIP3诱导坏死。RIP1和RIP3的相互作用似乎是坏死必须的过程。necrostatin-1是RIP1激酶的抑制剂,可以阻断RIP1和RIP3相互作用,具有阻断程序性坏死的作用。但是目前关于RIP1和RIP3相互作用确切分子机制并不理解。本研究发现了一种新的调节这一过程的方式,就是依赖于NAD的去乙酰化酶SIRT2在这一相互作用中重要价值。
本研究发现在RIP1分子上存在一个乙酰化位点,当RIP1分子乙酰化时,可以限制RIP1和RIP3的相互作用。而RIP3分子可以结合去乙酰化酶SIRT2,SIRT2首先把乙酰化的RIP1分子去乙酰化,RIP1分子去乙酰化就具备了和RIP3相互作用的条件。因为过去发现磷酸化是RIP1和RIP3相互作用的重要条件,现在发现乙酰化是限制RIP1和RIP3相互作用的方式。这正说明这程序性坏死的重要性,重要的细胞过程都存在几种完全不同的调节方式,至少有加速和减速调节方式。在这里磷酸化类似加速调节,乙酰化类似减速调节。这样的方式才能获得更加准确的运行。
另外NAD是一种电子传递底物,和细胞能量代谢的功能关系密切,过去发现这一分子是去乙酰化酶的重要内源性激剂。在不同进化程度的生物中,这一分子都扮演重要角色。例如热量限制可以延长寿命,主要就是激活这一分子通路。一种天然的来自葡萄籽的成分白黎芦醇具有强大的促进作用。
主要研究结果:
SIRT2和RIP3结合不和RIP1结合,缺乏SIRT2基因的细胞受到TNFa联合caspase抑制剂作用不能出现RIP3和RIP1的结合,而野生型出现相互作用。这个结果是用小鼠成纤维母细胞做出的。
使用L929,用小RNA干扰方法降低SIRT2基因表达,获得同样的结果,并发现annexinV和propidium iodide双阳性细胞(坏死细胞)减少,说明SIRT2表达是细胞坏死的重要条件,而因为RIP3和RIP1结合受到影响,说明SIRT2表达是程序性坏死的重要前提。
随后证明SIRT2可以使RIP1脱乙酰。虽然RIP3也是被乙酰化的,但在坏死发生时,RIP3乙酰化没有受到影响,但RIP1乙酰化水平降低,如果SIRT2基因表达被阻断,RIP1乙酰化水平则不受影响。说明在坏死发生时,RIP1乙酰化减少是因为SIRT2的作用。实验采用SIRT2的阻断药物AGK2。有意思的是,坏死本身并不影响SIRT2的活性,只是SIRT2作用在RIP1上,需要依靠RIP3为媒介。如果用RIP1的阻断剂量necrostatin-1也可以阻断RIP1的脱乙酰化。
然后他们寻找到RIP1乙酰化位置是(lysine 530),这个实验比较麻烦,可能因为RIP1蛋白毒性比较大,高表达细胞不容易存活。最后他们用p300 acetyltransferase将RIP1蛋白过度乙酰化,根据p300的结合位置RHIM区域推算lysine位置,并用质谱分析确认该结合位点。
随后用SIRT2缺陷细胞中没有RIP1乙酰化来证明RIP1乙酰化依赖SIRT2的。SIRT1不影响该蛋白的乙酰化来证明SIRT2作用特异性。最后用Sirt2基因缺陷动物和SIRT2阻断药物AGK2,采用心脏缺血模型,证明SIRT2是决定心脏缺血再灌注后细胞程序性坏死的决定性蛋白。
过去已经证明SIRT2主要负责微管蛋白的脱乙酰化,是细胞周期和髓鞘形成的决定性调节因素,最近发现该到该也是一种肿瘤抑制因子。现在的研究发现SIRT2的一种新的重要生物学功能,是一种坏死调节蛋白。由于SIRT2活性受到细胞内NAD水平的影响,那么细胞内NAD水平将是细胞程序性坏死的关键调节因素(这个实验没有研究这个内容)。过去曾经发现SIRT2阻断药物AGK2对抗神经退行性疾病具有保护作用,但没有注意到这个方面的作用,由于神经退行性疾病和细胞坏死关系密切,那么AGK2的作用可能就是通过阻断坏死发挥作用的。预计将有不少研究使用AGK2来治疗脑缺血等方面的研究。
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GMT+8, 2024-12-22 14:40
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