2019年9月13日，國際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications在線發(fā)表了中國科學(xué)院營養(yǎng)與健康研究所章海兵研究組的最新研究成果“Ubiquitination of RIPK1 suppresses programmed cell death by regulating RIPK1 kinase activation during embryogenesis”。該研究揭示了重要激酶蛋白RIPK1通過K376位點(diǎn)的泛素化修飾，調(diào)控細(xì)胞生存與死亡命運(yùn)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵分子機(jī)制，為相關(guān)疾病的治療提供了新的思路。
細(xì)胞死亡是多細(xì)胞生物體維持自身穩(wěn)態(tài)與正常發(fā)育的基本生命活動(dòng)，人類多數(shù)疾病從根本上說歸因于細(xì)胞死亡異常（過多或過少）。RIPK1蛋白是調(diào)控細(xì)胞凋亡、細(xì)胞程序性壞死以及炎癥信號通路中的關(guān)鍵分子，參與胚胎發(fā)育、造血系統(tǒng)發(fā)育以及免疫穩(wěn)態(tài)維持等多種重要生物學(xué)過程，最近有報(bào)道發(fā)現(xiàn)RIPK1基因突變的病人同時(shí)表現(xiàn)自身免疫缺陷及自身炎癥性疾病，提示RIPK1在人體免疫調(diào)控中具有關(guān)鍵作用，而且靶向RIPK1的小分子藥物治療漸凍癥、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎以及結(jié)腸炎等疾病也在臨床試驗(yàn)階段。分子機(jī)理研究顯示，RIPK1一方面通過參與介導(dǎo)NF-kB及MAPK信號通路促進(jìn)細(xì)胞存活及炎癥反應(yīng)，另一方面RIPK1可以通過與FADD、Caspase8等分子互作介導(dǎo)細(xì)胞凋亡，而當(dāng)?shù)蛲鐾繁灰种茣r(shí)，RIPK1可以通過與RIPK3結(jié)合形成壞死小體，激活下游MLKL誘導(dǎo)細(xì)胞程序性壞死的發(fā)生。而目前對RIPK1在不同應(yīng)激條件下如何通過轉(zhuǎn)換不同的信號通路而決定細(xì)胞存活或死亡，這個(gè)關(guān)鍵的生死轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制仍不清楚。
章海兵研究組的研究人員發(fā)現(xiàn)RIPK1的一個(gè)主要的泛素化位點(diǎn)Lys376的泛素化修飾是決定細(xì)胞命運(yùn)的關(guān)鍵。Lys376是RIPK1蛋白上的重要泛素連接位點(diǎn)，可以通過連接K63泛素鏈招募下游IKK復(fù)合體，從而激活NF-kB信號通路。利用CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)，研究人員構(gòu)建了RIPK1 K376R位點(diǎn)突變的小鼠，并意外地發(fā)現(xiàn)純合突變的小鼠在胚胎發(fā)育至12.5天時(shí)死亡。研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，從突變小鼠胚胎分離的成纖維細(xì)胞對于TNF-a介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死表現(xiàn)出較野生型細(xì)胞更強(qiáng)的敏感性，而RIPK1的激酶抑制劑Necrostatin-1能夠有效抑制突變細(xì)胞的過度死亡。因此，該突變引起的小鼠胚胎致死可能是過度激活了RIP1激酶活性依賴的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死。為了在體內(nèi)驗(yàn)證這一推測，研究人員對突變小鼠進(jìn)行了藥物干預(yù)，發(fā)現(xiàn)Necstatin-1能夠有效延遲小鼠的胚胎期死亡。而在突變小鼠的背景下同時(shí)敲除介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的蛋白FADD和介導(dǎo)細(xì)胞壞死的蛋白RIPK3或MLKL能夠使突變小鼠存活至成年。而當(dāng)小鼠僅攜帶一半劑量的突變基因時(shí)，該小鼠也能夠存活至成年。這些結(jié)果說明，在胚胎正常發(fā)育過程中，Lys376介導(dǎo)的RIPK1泛素化能夠“關(guān)閉”RIPK1的激酶活性，從而抑制細(xì)胞異常的細(xì)胞凋亡和程序性壞死，保證胚胎的正常發(fā)育。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)在突變小鼠的基礎(chǔ)上敲除TNFR1也能夠阻止突變小鼠的胚胎致死，但是該雙突變小鼠在出生后兩周內(nèi)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的系統(tǒng)性炎癥。研究人員意外地發(fā)現(xiàn)這種嚴(yán)重的系統(tǒng)性炎癥是依賴于RIPK3的，敲除RIPK3可以顯著抑制這種系統(tǒng)性炎癥疾病的發(fā)生。這些結(jié)果說明，在小鼠出生后，Lys376介導(dǎo)的RIPK1泛素化能夠抑制RIPK3依賴的系統(tǒng)性炎癥。綜上所述，該研究通過對RIPK1 Lys376位點(diǎn)體內(nèi)功能的研究，闡明了這一重要位點(diǎn)通過調(diào)控RIPK1的激活介導(dǎo)的細(xì)胞死亡及炎癥信號通路，從而調(diào)控胚胎發(fā)育和炎癥性疾病的分子機(jī)制，為今后探究RIPK1的泛素化修飾在相關(guān)疾病中的作用以及尋找潛在藥物靶點(diǎn)提供了新的思路。值得關(guān)注的是，《Nature Communications》同期在線發(fā)表了清華大學(xué)林欣教授研究組關(guān)于RIPK1調(diào)控相同結(jié)論的研究論文。
RIPK1 K376泛素化調(diào)控死亡與炎癥的分子機(jī)制
中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所的章海兵研究員為文章的通訊作者，研究組的博士研究生張希希和張海威為文章的共同第一作者。本研究得到了中國科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所周斌研究員，上海巴斯德研究所王海坤研究員，華東師范大學(xué)李大力教授，上海營養(yǎng)與健康研究所丁秋蓉研究員和應(yīng)浩研究員，以及上海交通大學(xué)王慧教授的大力支持。同時(shí)，本研究得到了國家自然科學(xué)基金委，科技部重大研發(fā)計(jì)劃的資助以及上海營養(yǎng)與健康研究所公共技術(shù)平臺(tái)的支持。
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