去泛素化酶USP21调控TNF介导的细胞坏死信号通路的作用机制

Necrotic cell death has been implicated in a variety of physiopathological processes, such as atherosclerosis, acute pancreatitis and so on. A broad range of extracellular stimuli can induce necrosis, among which tumor necrosis factor (TNF) induced necrosis (necroptosis) has been intensively studied. Recently, several researches indicated that key components of necroptosis signaling pathway were ubiquitinated upon the stimulation of TNF. This kind of protein modification was found to play important roles in necroptosis signaling pathway. However, how ubiquitylation is regulated needs further investigation. In order to resolve this question, we had established deubiquitinating enzymes gene expression library and found a novel gene named USP21 was involved in TNF induced necroptosis signaling pathway. The deubiquitinating enzyme activity of USP21 is critical for its function in necroptosis. The goal of our project is to uncover the mechanism of how USP21 regulates necroptosis, such as whether USP21 can impact the important processes of necroptosis and which gene is the target of USP21. Our research will provide not only new opinion for the mechanism of necroptosis, but also important view for the treatment of necrosis related diseases.

细胞坏死在很多疾病的发生和发展过程中扮演着重要的角色。细胞坏死根据诱因不同可分为多种，其中以肿瘤坏死因子TNF诱导的细胞坏死最受关注。近几年的研究表明在TNF刺激下坏死信号通路中的很多核心蛋白会发生泛素化修饰。这些泛素化修饰已被证明在坏死信号通路中起重要作用。然而这些修饰如何被调控依然有待研究。为了回答这个科学问题，本项目通过构建去泛素化酶基因表达库，筛选并发现去泛素化酶USP21在过表达下能促进细胞坏死，而且USP21的去泛素化酶活性至关重要。本项目将探讨USP21调控细胞坏死的具体机制，包括USP21是否影响TNF诱导坏死信号通路中的标志性事件，USP21是通过调控哪个基因的泛素化来影响细胞坏死等。USP21调控细胞坏死机制的研究，将有助于我们进一步阐明坏死信号通路的机制，为治疗坏死相关疾病提供重要的理论依据和潜在的靶位点。

细胞坏死在很多疾病的发生和发展过程中扮演着重要的角色。细胞坏死根据诱因不同可分为多种，其中以肿瘤坏死因子TNF诱导的细胞坏死最受关注。研究表明在TNF刺激下坏死信号通路中的很多核心蛋白会发生泛素化修饰。这些泛素化修饰已被证明在坏死信号通路中起重要作用。然而这些修饰如何被调控依然有待研究。为了回答这个科学问题，本项目通过构建去泛素化酶基因表达库，筛选并发现去泛素化酶USP21和USP13能促进细胞坏死。因此本项目分别对USP21和USP13调控细胞坏死的机制做了初步的研究。我们发现USP21很可能与目前已知的去泛素化酶CYLD调控坏死的机制类似，都是通过影响RIP1的泛素化水平从而调控细胞坏死。而去泛素化酶USP13其作用机制与USP21明显不同--USP13不会影响RIP1的泛素化水平。我们发现USP13的酶活突变不影响细胞坏死；与之相对应的是USP13的酶活抑制剂不影响细胞坏死。通过分析USP13的结构域，我们发现USP13的N端锌指结构域和C端的UBA结构域均参与细胞坏死；为了寻找USP13的下游靶蛋白，我们利用免疫共沉淀技术寻找能与USP13相互作用的坏死关键蛋白。我们发现USP13能与RIP1发生相互作用。结构域分析表明USP13的N端锌指结构域和C端的UBA结构域是与RIP1相互作用所必须的，而这两个结构域与坏死关系密切，因此这也提示我们USP13很可能是通过与RIP1相互作用来调控细胞坏死的。进一步的机制表明USP13能促进坏死复合体的形成，并与坏死复合体一起进入Triton X-100不溶解的pellet组分中。一些研究表明RIP1在细胞凋亡中也扮演着重要作用，我们发现USP13同样会促进 RIP1诱导的细胞凋亡。通过本项目的研究我们发现了两个去泛素化酶USP21和USP13均能通过RIP1来影响细胞坏死，但是这两个去泛素化酶的具体作用机制完全不一样，这也丰富了我们对去泛素化酶调控细胞坏死信号通路的认识。我们的研究初步阐明了USP21和USP13调控坏死信号通路的新机制，为治疗坏死相关疾病提供重要的理论依据和潜在的靶位点。