程序性细胞坏死执行效应蛋白MLKL活化与调控的分子机制

RIP kinase-mediated programmed necrosis, also known as necroptosis, plays pivotal roles in many biological processes such as development, innate immune response to infection and pathogenesis of many degenerative diseases. The necroptosis signaling depends on the RIP1/RIP3 activation and MLKL phosphorylation. Our recent study revealed that MLKL phosphorylation drives MLKL assemble into oligomers. The oligomerized MLKLs display high binding affinity with negatively charged lipids including phosphatidylinositol phosphates and cardiolipin, thus enabling them to translocate to the cellular organelles and plasma membrane. The membrane-targeted MLKLs form pore-like structures and disrupt the membrane integrity, eventually leading to cellular necrosis. In this application, we describe that we will study the regulation process of MLKL pore-formation after RIP1 and RIP3 activation. Experiments described in this application will extend our fundamental knowledge of necrosis execution, and offer foundations for target therapy of necroptosis related diseases.

RIP激酶介导的程序性坏死在机体发育，对抗病原体的天然免疫以及退行性疾病的等生理病理过程中发挥着关键性的作用。程序性细胞坏死依赖于激酶RIP1，RIP3的激活和RIP3底物MLKL的磷酸化。申请人之前的研究表明：磷酸化MLKL使MLKL转变为多聚体；多聚化的MLKL提高了其对磷脂酰肌醇磷酸和心磷脂等的结合能力，因而迁移至细胞质膜以及细胞器膜上；在膜结构环境中，MLKL形成孔道样结构，打破了膜的完整性从而造成细胞坏死的发生。本申请项目将主要集中于研究RIP1和RIP3激活之后，MLKL的活化并形成孔道样多聚体的过程中，细胞内的调控过程。获得成果将有助于我们深入理解细胞坏死的执行机制，并为细胞坏死相关疾病的靶向治疗提供相应的理论依据。

程序性坏死在机体发育，对抗病原体的天然免疫以及退行性疾病的等生理病理过程中发挥着关键性的作用。程序性细胞坏死依赖于MLKL的激活，激活后的MLKL直接介导了细胞坏死执行阶段细胞膜结构的变化和崩解。申请者的研究在MLKL激活过程和激活后细胞坏死执行阶段都取得重要进展。在MLKL激活阶段的研究中，我们发现RIP3磷酸化MLKL导致的MLKL假激酶结构域间相互聚集，从而进一步引起全长MLKL的多聚化。在进一步的对模拟磷酸化的MLKL的晶体结构解析后，我们鉴定出介导假激酶结构域相互结合的多个氨基酸位点。并验证了其在细胞水平参与MLKL介导的细胞坏死。经过小分子文库筛选，我们得到了直接调节假激酶结构域相互结合化学小分子，并证明此类小分子可以调节MLKL介导的细胞死亡。我们的研究结果提示假激酶结构域间相互结合是RIP3磷酸化MLKL导致MLKL激活的关键步骤，并提示近期发现的RIP3不依赖的MLKL激活通路具有类似的机制。所筛选出的化学小分子，可作为工具药物辅助MLKL的相关研究，具有重要的应用价值。在MLKL激活后细胞坏死执行阶段的研究中，我们和合作者发现MLKL可形成具有选择性的阳离子通道，可以直接导致细胞在坏死初期的离子稳态的破坏，结合我们之前的有关MLKL通过形成毒素样孔道导致细胞膜崩解发现。我们提出了MLKL介导细胞坏死执行的通道-孔道转变模型。统一了我们和前人总结的MLKL通道模型和孔道模型，克服了单一模型只能解释细胞坏死部分现象的局限性。