受体相互作用蛋白RIP1调控细胞死亡方式的机制研究

Mechanism of cell death has been one of the core issues in biomedical research. Receptor -interacting protein 1 (RIP1), has emerged as a key regulatory at the crossroads of cell survival and death, particularly in the processes of apoptosis and necrosis. The regulatory mechanism of RIP1 in tumor necrosis factor α (TNF-α) -induced cell death process is the focus of recent biomedical research. Although RIP1 has been found since 1995, in theory, its kinetics role in the necrosis signaling network has been rarely studied. In our funding, based on the latest experimental data measured by high-quality mass spectrometry, we can obtain the absolute concentration of proteins in two types of L929 cells. We will construct the corresponding TNF-α-induced cell death signaling pathway. Through the model prediction of some possible new signaling pathways and experimental verification, we will achieve two accurate death signaling network models for L929 cells, including the RIP1-dependent and RIP1-independent apoptosis pathway. By quantitative kinetic analysis, we will clarify the different mechanisms of apoptosis and necrosis by the regulation of RIP1 in two types of L929 cells. Based on the model, we will propose the possible method to induce cell death from necrosis to apoptosis and provide new ideas for the efficient treatment of tumors with the development of RIP1 targeted drugs in cancer treatment.

细胞死亡机制一直是生物医学研究的核心问题之一，受体相互作用蛋白RIP1是决定细胞生死的重要信号，在细胞凋亡与坏死等过程中发挥着关键作用。尽管自1995年发现RIP1蛋白以来，RIP1在细胞死亡方式选择中的调控机制为近年生物医学的研究热点，但理论上对细胞坏死信号网络的构建和其通路动力学研究还基本未见文献报道。本项目针对两类L929细胞，基于最新高灵敏定量质谱蛋白实验数据，分别构建其对应的肿瘤坏死因子诱导的细胞死亡信号网络图，也即依赖和不依赖RIP1凋亡的细胞信号网络通路，模型预测一些可能的信号通路供实验验证确认，得出精准的L929细胞凋亡与坏死的信号网络数学模型。通过对模型动力学行为的系统讨论，拟阐明RIP1蛋白在两种细胞信号网络中调控凋亡和坏死方式的不同抉择机制。基于模型提出细胞由坏死转向凋亡的可能调控途径，为临床肿瘤治疗开发新型RIP1药物靶点治疗肿瘤提供可能的新思路。

本项目研究，拟从TNF-α介导的细胞死亡信号转导通路出发，基于最新技术测得的实验数据，构建细胞死亡相关的蛋白质信号网络动力学模型，探讨细胞死亡抉择方式的内在机制。（1）针对该课题，我们首先讨论了Apaf-1与细胞色素c的复合物组装成细胞凋亡体的最佳途径，首次从理论方面对凋亡体的组装过程进行了全面分析，而且可为生物体内存在众多的多聚体的组装过程提供研究思路。（2）接着我们讨论了细胞死亡信号通路中受体TLR4复合物应激LPS刺激的自组装策略，阐明了TLR4复合物自组装过程，并预测了新的复合物存在，为细胞死亡等不同响应策略提供了进一步的理论解释。（3）进一步阐明了细胞钙信号调控细胞凋亡蛋白质信号网络动力学机制，指出在信号传递过程中，钙信号的振幅属性可以很好地传递到下游，但其频率属性在中途被屏蔽，导致细胞凋亡对钙信号的振幅变化很敏感，但对其频率变化不敏感，因此钙信号是以调幅的方式调控细胞凋亡。（4）最后，基于上述研究，我们对细胞凋亡和细胞坏死间的蛋白质信号网络抉择动力学机制进行了系统研究。我们在L929纤维肉瘤细胞中定量描绘出RIP1精准抉择细胞命运的机制，定量阐述了细胞坏死小体中各蛋白组分相互作用的程度和动力学模式对细胞命运抉择有至关重要的影响，为后续精准定量研究细胞生存和死亡动力学行为及调控机制提供了方向。关于细胞凋亡和坏死抉择方式的内在机制，2021年1月在著名生物微信公众号BioArt上发表科普成果介绍文章。在本基金资助下，我们还在如下几方面也开展研究工作：细胞蛋白质信号网络动力学建模，细胞钙离子信号动力学建模，生物神经网络动力学建模，癌症临床数据分析和癌细胞动力学建模，以及医疗大数据深度学习分析等。在该基金资助下，研究成果在Protein & Cell，Nature Communications，Science Signaling等杂志共发表27篇文章，第一标注基金文章7篇，第二标注基金文章13篇，培养1名博士后、1名博士和7名硕士。