一个新的Caspase底物---Caspase切割MLKL抑制程序性细胞坏死Necroptosis

Necroptosis is a newly discovered form of programmed cell death (PCD). MLKL has a crucial role in TNFR1-activated necroptosis. Binding of TNF to TNFR1 induces RIPK3-mediated phosphorylation of MLKL at Thr357 and Ser358. These phosphorylations induce a conformational change in MLKL molecule and activate MLKL, leading to MLKL oligomerization and plasma membrane translocation. MLKL then disrupts cell membrane integrity and executes necrotic cell death. However, mechanisms other than RIPK3-mediated phosphorylation that control MLKL activity are currently unknown. In this proposal, we found an important mechanism that regulates MLKL function. We found MLKL is a caspase substrate. Caspase-3 cleaves MLKL at DQQD140↓A and inactivates the necrotic function of MLKL. This might be one of the important mechanisms determining the decision whether a cell will die by apoptosis or necroptosis after TNF stimulation. In future study, we will investigate how caspase-mediated cleavage affects the oligomerization and the necrotic function of MLKL. We will transfect cells with caspase-resistant MLKL mutant plasmid to see how cell fate decisions downstream of TNFR1 are regulated.

程序性细胞坏死(Necroptosis)是一种新的Programmed Cell Death，是一个国际前沿研究领域. MLKL是程序性细胞坏死的执行者(executioner). 死亡受体TNFR1通过RIPK3磷酸化修饰MLKL，引起MLKL多聚破坏细胞膜，导致程序性细胞坏死。但除了RIPK3的磷酸化，其它调控MLKL的机制还未知。本申请项目发现了调控MLKL功能的另一重要机制：caspase调控MLKL. Caspase-3在DQQD140↓A位点切割使MLKL降解，抑制程序性细胞坏死。决定TNFR1诱导的细胞死亡如何在Apoptosis和Necroptosis之间选择的机制还不清楚，本项目工作为此提供了重要线索。未来将进一步研究Caspase切割如何影响MLKL的多聚和细胞膜坏死能力，表达Caspase位点突变的MLKL，深入了解Caspase调控MLKL程序性细胞坏死功能的机制。

程序性细胞坏死(Necroptosis)是新发现的一种细胞死亡方式PCD (programmed cell death), 是近几年的国际前沿研究领域. MLKL是Necroptosis发生的关键蛋白，MLKL执行细胞坏死。在死亡受体TNFR1激活的程序性细胞坏死典型信号通路中，当TNF刺激发生时，RIPK激酶家族成员RIPK1和RIPK3 通过它们的RHIM 结构域聚合形成被称为‘细胞坏死信号复合体Necrososme’的信号平台. Necrosome的形成开启了细胞坏死信号；随后，MLKL蛋白被招募到Necrosome上。在Necrosome信号平台，RIPK3对MLKL进行磷酸化修饰。MLKL蛋白平时处于未活化状态；RIPK3对MLKL的磷酸化修饰引起MLKL蛋白构象发生变化，暴露出了MLKL蛋白的N末端细胞坏死功能域，打开了MLKL分子生死开关。这之后，多个活化的MLKL分子聚合并迁移到细胞膜上，这些MLKL分子的N末端细胞坏死功能域形成了孔洞样的结构，直接造成细胞膜破坏，引起细胞坏死。这是目前认识的MLKL主要调控机制。.MLKL是执行程序性细胞坏死的关键蛋白，然而，其调控机制仍有许多问题等待深入探索，MLKL的其它调控机制仍有待研究发现. 另外，死亡受体TNFR1诱导两条细胞死亡通路(Cell death pathways): 细胞凋亡Apoptosis和细胞坏死Necroptosis. 决定细胞死亡在细胞凋亡和细胞坏死之间选择的机制仍亟待深入研究。.本项目发现caspases调控MLKL的功能，MLKL是一个新的caspases底物. 项目研究工作发现，Caspase-3在第140氨基酸位置DQQD140↓A对MLKL蛋白进行切割. Caspase-3对MLKL的切割使MLKL蛋白降解(breakdown)；另外，MLKL蛋白N末端1-178aa.是其细胞坏死功能结构域，Caspase-3的切割使MLKL蛋白细胞坏死功能结构域一分为二。因此，Caspase-3的切割导致MLKL丧失了诱导程序性细胞坏死的功能，抑制了程序性细胞坏死发生。.项目的研究工作发现了MLKL蛋白的一种重要调控机制，这使我们进一步深入理解了程序性细胞坏死的调节机理。