细胞坏死复合体感应死亡信号的分子机制及其调控

Cell death plays pivotal roles in many biological processes, such as development and pathogenesis of many degenerative diseases. Programmed necrosis, also known as necroptosis, is morphologically marked by the swelling of cellular organelles, rapid loss of cell membrane integrity and release of cellular contents. On the molecular level, recent research on necrosis provides us a revitalized understanding that it is highly regulated pathway being tightly controlled. In the case of TNFR1 activation, the most studied model of necrosis to date, the necrotic cell death depends on the kinase activity of RIP1 and RIP3. Our recent study revealed the signal transduction from RIP3 to its substrate MLKL. In this application, we describe that we will study how the necrotic death complex initiated as well as the molecular regulation for RIP1 and RIP3 activation. Experiments described in this application will extend our fundamental knowledge regarding the nature of necrosis signal pathway, and provide sufficient proof-of-principle to support the development of this regimen in diseased conditions.

程序性细胞死亡是最为常见的生命现象之一。它在生物体的发育及病理条件下扮演着重要的角色。程序性细胞坏死是今年来最逐渐引起重视的一种不同于细胞凋亡的死亡方式。它在细胞形态上的特征表现为：细胞膜以及细胞器的肿胀，细胞膜完整性的迅速被破坏，胞浆物质的释放，以及免疫反应的触发。在分子水平上，最近的研究表明，因死亡受体的激活而引发的细胞坏死依赖于激酶RIP1和RIP3的激酶活性。我们前期工作，发现RIP3的底物MLKL，揭示细胞坏死信号如何从RIP3传递到MLKL的机制。本申请项目将主要集中于研究在细胞坏死发生之初，接收死亡信号后的起始型细胞坏死复合体，以及激酶RIP1和RIP3的激活机制。获得研究成果，将促进深入阐释细胞坏死发生的机制，可为细胞坏死相关疾病的预防、诊断等提供重要的理论依据。

癌症是全世界的主要死因。2018年, 全球估计有960万人死于癌症。尽管在过去50年中在癌症治疗方面取得了长足进步, 但研究人员仍在继续作出广泛努力, 寻找新的药物以及治疗方法。癌症的一个决定性特征是异常细胞的快速而不受控制的生长, 这些快速增殖的癌变细胞最终会转移到其通常的边界之外, 并被传播到其他器官。在正常的多细胞生物中, 细胞增殖和细胞死亡之间存在着一个动态但被严格把控的平衡。但癌细胞失去了这个平衡能力，关键在于他们丢失了自然死亡的能力。.细胞自然死亡遵循一个被程序性调控的发生过程。细胞凋亡和细胞坏死, 都被认为是严格调控的最基本的程序细胞死亡过程。20世纪50年代, 研究人员首次观察到以细胞膜出泡、细胞核凝结和整个细胞收缩等为特征的细胞凋亡过程。细胞通过感知内部的压力或来自细胞外部的信号来启动细胞凋亡。这两种途径激活起始型半胱氨酸蛋白酶 (Caspase 2/8/9/10), 然后激活执行型半胱氨酸蛋白酶（Caspase 3/6/7）, 对维系细胞生存的蛋白不加区别地降解最终导致细胞死亡。通过药物或遗传手段阻断caspase-8 活性，能够将细胞的命运从细胞凋亡转变为坏死。当细胞坏死发生时，RIP3 相关的死亡复合物发生组装, 我们称之为坏死复合体, 并形成淀粉样蛋白结构以激活RIP3的激酶活性。然后, RIP3 招募并磷酸化其底物MLKL, 释放MLKL的自我抑制作用。作为坏死复合体的核心, 激活的MLKL转移到细胞膜和细胞内细胞器的膜组分执行膜损伤功能。最后, 坏死细胞失去了其膜的完整性, 并泄漏细胞内的内容物, 这是在病理上坏死不同于细胞凋亡的经典特征。.通过高通量化合物筛选, 我们发现了一类新的小分子抗癌化合物, 我们称之为CmpN。 CmpN能够通过 TNF 信号介导的程序性细胞死亡恢复癌细胞自杀功能。在大多数RIP3缺失的癌细胞系中诱导凋亡的发生，而在表达RIP3的癌细胞系中诱导坏死。这种 CmpN 诱导的 TNF 介导的细胞死亡，在众多的癌细胞系以及乳腺癌病人移植瘤中都能够被cIAP抑制剂增强。综上, 我们的研究发现了一类新的能够杀伤肿瘤的潜在化疗药物。