8月14日，國際學(xué)術(shù)期刊Cell Research在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所)孫麗明研究組的研究成果：“HSPA8 acts as an amyloidase to suppress necroptosis by inhibiting and reversing functional amyloid formation”。該研究發(fā)現(xiàn)HSPA8特異性識(shí)別RHIM蛋白，抑制其形成蛋白纖維;此外，HSPA8還具備蛋白纖維解聚酶(amyloidase)活性，能夠?qū)⒁呀?jīng)形成的RHIM蛋白纖維解聚成非激活形式的單體形式。在細(xì)胞和小鼠體內(nèi)HSPA8通過抑制RHIM蛋白聚合和解聚RHIM蛋白纖維而抑制程序性細(xì)胞壞死。

　　蛋白質(zhì)纖維化最早在神經(jīng)退行性病人中被發(fā)現(xiàn)，例如阿爾茨海默病、帕金森病等。這些蛋白質(zhì)纖維通過交叉β片層堆積，形成致密而穩(wěn)定的淀粉樣蛋白纖維斑(amyloid plaque)，引發(fā)神經(jīng)細(xì)胞功能紊亂，導(dǎo)致病變。因此最初蛋白質(zhì)纖維普遍被認(rèn)為都具有細(xì)胞毒性和致病性，被稱為“致病性淀粉樣蛋白纖維”。隨著研究的拓展，一類介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的非細(xì)胞毒性蛋白質(zhì)纖維被發(fā)現(xiàn)，被命名為“功能性淀粉樣蛋白纖維”。盡管體外實(shí)驗(yàn)證明功能性和致病性淀粉樣蛋白纖維具有類似的生物物理結(jié)構(gòu)特征，但在生物體內(nèi)功能性蛋白纖維為什么不具有細(xì)胞毒性并沒有被回答。

　　哺乳動(dòng)物中最大的一類功能性蛋白質(zhì)纖維家族是RHIM蛋白纖維家族。RHIM蛋白是一類含有RHIM結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)(包括RIP1、RIP3、ZBP1和TRIF)，通過RHIH-RHIM相互作用形成蛋白纖維，參與程序性細(xì)胞壞死信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(necroptosis)。信號(hào)啟始型RHIM蛋白(RIP1、ZBP1和TRIF)將信號(hào)傳遞給效應(yīng)型RHIM蛋白R(shí)IP3，然后招募并激活下游的細(xì)胞壞死執(zhí)行蛋白MLKL。在體內(nèi)，即使RHIM蛋白形成纖維，如果細(xì)胞內(nèi)缺失下游的MLKL或膜裂解被ESCRT復(fù)合體及時(shí)修復(fù)，細(xì)胞也會(huì)免于發(fā)生死亡，且RHIM蛋白纖維會(huì)逐漸消融。這說明RHIM蛋白纖維只服務(wù)于信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，本身沒有細(xì)胞毒性，這也是功能性蛋白纖維區(qū)別于致病性蛋白纖維的根本特性。

　　盡管在體外，RHIM蛋白具備高效自組裝成纖維的特性，但在體內(nèi)，許多組織(例如高表達(dá)RIP3的腎臟和腸道)卻不會(huì)出現(xiàn)自發(fā)的程序性細(xì)胞壞死。因此，在體內(nèi)生理?xiàng)l件下RHIM蛋白纖維的自發(fā)形成是如何被抑制的，引人深思。

　　該研究中研究人員首先通過全基因組siRNA篩選，發(fā)現(xiàn)HSPA8 (也稱為Hsc70)可以抑制細(xì)胞自發(fā)激活程序性細(xì)胞壞死。在細(xì)胞內(nèi)敲低HSPA8促進(jìn)了程序性細(xì)胞壞死的發(fā)生，敲除或抑制RIP3的激酶活性挽救了HSPA8敲低引起的細(xì)胞壞死增加;小分子化合物抑制HSPA8活性也促進(jìn)了程序性細(xì)胞壞死信號(hào)的傳遞;說明在細(xì)胞中HSPA8抑制程序性細(xì)胞壞死。

　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在小鼠體內(nèi)抑制HSPA8的活性，能夠直接誘發(fā)程序性細(xì)胞壞死介導(dǎo)的體溫失衡和腸道損傷，且能加重小鼠的全身性炎癥反應(yīng)綜合征(SIRS)反應(yīng)。敲除Rip3或Mlkl能夠挽救HSPA8功能缺失所造成的組織損傷，驗(yàn)證了HSPA8在體內(nèi)靶向程序性細(xì)胞壞死的特異性。

　　已被報(bào)道的HSPA8通過識(shí)別包含KFERQ基序的底物，引導(dǎo)底物進(jìn)入溶酶體降解的途徑參與分子伴侶介導(dǎo)的自噬(CMA)。但研究人員排除了HSPA8依賴的CMA的參與(Chaperone-Mediated Autophagy，分子伴侶介導(dǎo)的自噬)，猜測HSPA8 通過獨(dú)特的機(jī)制調(diào)控程序性細(xì)胞壞死。接著研究人員發(fā)現(xiàn)HSPA8的底物結(jié)合結(jié)構(gòu)域SBD 可以與RIP3的RHIM結(jié)構(gòu)域結(jié)合，抑制RIP3的寡聚化和纖維化。細(xì)胞內(nèi)缺失HSPA8后，RIP3會(huì)自發(fā)地發(fā)生寡聚化和纖維化。

　　更進(jìn)一步，研究人員發(fā)現(xiàn)HSPA8可以不依靠其他的co-chaperone，單獨(dú)解聚已經(jīng)纖維化的RIP3蛋白纖維，且這個(gè)過程依靠水解ATP 提供能量。

　　除了RIP3之外，研究人員還發(fā)現(xiàn)HSPA8具有廣泛的能力來識(shí)別RIP1、ZBP1和TRIF。通過蛋白結(jié)構(gòu)模擬和突變驗(yàn)證，研究人員總結(jié)出HSPA8通過識(shí)別RHIM結(jié)構(gòu)域中的疏水性六肽基序—N (X 1 )φ (X 3 )與RHIM蛋白之間的相互作用。值得注意的是，六肽基序中的第三個(gè)氨基酸在介導(dǎo)RHIM蛋白與HSPA8之間的相互作用中起著至關(guān)重要的作用，其突變顯著干擾了蛋白之間的互動(dòng)。與對(duì)RIP3蛋白纖維的調(diào)控類似，HSPA8還能夠抑制并逆轉(zhuǎn)這些啟動(dòng)型RHIM蛋白(即RIP1、ZBP1和TRIF)的纖維化，從而抑制程序性細(xì)胞壞死通路的激活以及下游MLKL的磷酸化和寡聚化。

　　綜上所述，該項(xiàng)工作報(bào)道了哺乳動(dòng)物中的第一個(gè)蛋白纖維解聚酶amyloidase—HSPA8。HSPA8通過逆轉(zhuǎn)RHIM蛋白纖維化，成為細(xì)胞內(nèi)抑制程序性細(xì)胞壞死發(fā)生的關(guān)鍵檢驗(yàn)點(diǎn)。HSPA8在體內(nèi)不依賴于co-chaperone而獨(dú)立解聚RHIM功能性蛋白纖維，從根本上支持了功能性蛋白纖維的可逆性特性，為區(qū)分疾病相關(guān)淀粉樣蛋白纖維提供了直接依據(jù)。研究人員推測，細(xì)胞中多種功能性蛋白纖維可能對(duì)應(yīng)多種潛在的蛋白纖維解聚酶，尋找新的纖維解聚酶對(duì)于人們深入了解細(xì)胞穩(wěn)態(tài)維持和信號(hào)傳遞的監(jiān)控十分重要。該項(xiàng)研究也拓展了對(duì)非蛋白降解型負(fù)調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的認(rèn)識(shí)，為開發(fā)針對(duì)程序性細(xì)胞壞死相關(guān)疾病的治療新靶點(diǎn)提供了新的視角。

　　分子細(xì)胞卓越中心孫麗明研究員為本文通訊作者，博士研究生武二鵬、何文艷為共同第一作者。該研究得到分子細(xì)胞卓越中心汪勝研究員、上海科技大學(xué)陸珺霞研究員和王華翌研究員、復(fù)旦大學(xué)李繼喜研究員等單位專家的大力協(xié)助。該研究獲中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委等經(jīng)費(fèi)支持，獲分子細(xì)胞卓越中心動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)、細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)、化學(xué)生物學(xué)技術(shù)平臺(tái)技術(shù)支持。

　　文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41422-023-00859-3

HSPA8抑制程序性細(xì)胞壞死的機(jī)制概要圖