营养与健康所章海兵研究组揭示泛素结合蛋白ABIN1调控不同细胞死亡通路和炎症反应网络新机制

作者: 2022-04-18 来源:
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2022年4月16日,国际学术期刊Cell Death and Differentiation在线发表了中科院imtoken钱包官方下载最新版营养与健康研究所章海兵研究组题为“Ubiquitin-binding domain in ABIN1 is critical for regulating cell death and inflammation during development”的研究成果。该研究揭示了泛素结合蛋白ABIN1通过泛素结合功能域抑制RIPK1激酶依赖的细胞凋亡和细胞程序性坏死发生的新机制,阐明了ABIN1与FADD介导的凋亡及RIPK3介导细胞程序性坏死,协同调控RIPK1依赖的I-型干扰素及TNF-α产生的新型调控网络,为通过诱导和转换不同细胞死亡方式调控炎症反应,防治炎症性疾病以及开发新型肿瘤免疫治疗新方法提供了理论基础和新思路。 
细胞死亡与增殖对于维持机体稳态平衡至关重要,从根本上来说,绝大多数疾病都归因于细胞死亡过多、过少或形式异常。近年来越来越多的新型细胞死亡方式被发现,而不同的细胞死亡方式包括细胞凋亡、细胞程序性坏死以及细胞焦亡等通路之间还存在紧密的互作关系,尽管不同的死亡方式在神经退行性疾病,自身免疫性疾病,病原感染以及肿瘤等疾病中都有着重要的作用,但对于不同死亡通路如何协同参与这些疾病的发生发展的分子机制并不清楚。同时,由于不同细胞死亡方式能够通过不同级联信号诱导复杂的炎症反应,因此不同细胞死亡方式如何互作及调控炎症信号通路参与机体的重要生理病理进程,成为目前亟需解决的关键科学问题。
ABIN1是由Tnip1基因编码的泛素结合蛋白,能够与A20蛋白结合并抑制NF-κB的激活。在人类中Abin1基因的突变会引起严重的自身免疫性疾病,如银屑病、系统性红斑狼疮等。之前研究报道Abin1基因敲除小鼠在胚胎发生期间因胎肝细胞凋亡、贫血和发育不全而死亡,Abin1敲除细胞对TNF-α诱导的细胞凋亡更敏感,Tnf-α基因缺失能够挽救Abin1敲除导致的胚胎致死,这些发现证明了ABIN1对TNF-α诱导的细胞凋亡的抑制作用。随着细胞程序性坏死被发现,近期有研究报道Abin1敲除的细胞也更容易发生细胞程序性坏死,但ABIN1在不同生理病理条件下如何协同调控不同细胞死亡通路及其互作机制仍不清楚。另有文章报道死亡复合体I中的多个关键泛素调控蛋白与细胞凋亡、细胞坏死关键因子同时缺失能诱导I-型干扰素的过度分泌从而导致胚胎发育致死,提示泛素化修饰是细胞凋亡、细胞坏死以及I-型干扰素信号通路之间发生联系的重要调控方式,但其具体机制并不清楚。
在本研究中,研究人员首先通过对ABIN1的UBD结构域进行靶向基因编辑获得UBD结构域失活的Abin1UBD/UBD小鼠,通过小鼠遗传学研究发现Abin1UBD/UBD小鼠类似于之前报道的Abin1-/-小鼠,死于胚胎期17.5天,揭示ABIN1的UBD 结构域在小鼠胚胎发育过程中具有关键作用;进一步研究发现Abin1UBD/UBD小鼠的胚胎组织表现出细胞凋亡和细胞程序性坏死的过度激活,通过分离Abin1UBD/UBD胚胎成纤维细胞进行体外试验,发现ABIN1UBD突变激活的细胞凋亡和细胞程序性坏死是依赖于RIPK1的激酶活性;RIPK1激酶突变的小鼠(Ripk1K45A/K45A)可以挽救 Abin1UBD/UBD小鼠的胚胎致死,并能正常存活到成年。机制研究发现ABIN1通过UBD 结构域识别复合体I中泛素化RIPK1,进而招募去泛素化蛋白A20到复合体I调控RIPK1的泛素化水平;ABIN1UBD突变导致A20的招募减少,从而导致复合体I中泛素化的RIPK1增加,RIPK1的泛素化能促进RIPK1激酶活性依赖的磷酸化激活,从而促使死亡复合体的形成增加,介导细胞凋亡和细胞坏死的过度发生。因此阻断细胞凋亡和细胞程序性坏死能挽救Abin1UBD/UBD小鼠的胚胎致死,但意外的是,尽管Fadd+/-Ripk3-/-小鼠能将Abin1UBD/UBD小鼠挽救至成年,但Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-小鼠在胚胎期14.5天死亡,这提示ABIN1具有非常重要的细胞死亡非依赖的功能。研究人员进一步研究发现Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-小鼠的胚胎组织有过度的炎症因子产生,造成造血系统发育缺陷从而导致胚胎死亡。通过分离 Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-细胞进行体外试验,发现Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-细胞中自发激活RIPK1诱导TNF-α以及I-型干扰素等多种炎症因子的过度产生;通过敲除Ripk1可以挽救Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-小鼠的胚胎致死,揭示ABIN1在细胞凋亡与细胞程序性坏死缺失的条件下能抑制RIPK1泛素化介导的多种炎症因子的产生。为了进一步探究细胞凋亡、细胞坏死以及炎症因子之间的作用关系,研究人员构建了Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/-Ifnar?/?Tnfr1?/?五个基因同时缺失的小鼠并证实其能挽救Abin1UBD/UBDFadd-/-Ripk3-/--,证实I-型干扰素不是泛素修饰与细胞凋亡、细胞坏死协同调控的唯一重要炎症因子,而I-型干扰素、TNF-α等多炎症因子是关键炎症调控因子。
综上所述,该研究揭示了泛素结合蛋白ABIN1调控RIPK1激活依赖的细胞凋亡和细胞程序性坏死的关键分子机制,同时通过构建十几种多基因敲除小鼠遗传模型证实了不同死亡信号通路与炎症信号通路之间的互作调控关系,为通过调控不同细胞死亡方式及炎症反应通路治疗相关疾病提供了理论基础和新思路。 
中科院imtoken钱包官方下载最新版营养与健康研究所博士后李明为该论文的第一作者,章海兵研究员为通讯作者。该研究得到了imtoken钱包官方下载最新版交通大学附属瑞金医院等合作者的大力支持,并获得国家自然科学基金委、科技部及中国科学院的资助,同时也得到了imtoken钱包官方下载最新版公共技术平台和动物平台的支持。
 
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