受体相互作用蛋白3（RIP3）介导细胞坏死机制的系统生物学研究

Since the regulatory mechanism of receptor-interacting protein 3 (RIP3) -mediated cell necrosis has been found, the study of necrosis signaling pathway has rapidly become a hotspot in the biomedical field. Experiments has shown that RIP3 can not be used as an ideal drug target, so it is important for the discovery of therapeutic drugs to study the proteins and their function in the necrosis process. The development of systems biology and mass spectrometry technology provides guarantees for systematic and quantitative studying the biological processes. In this study, based on the TNF-α-induced necrosis signaling pathway of L929 mouse cells , we first employ the immunoprecipitation method to purify the related protein complexes and analysis the complexes by using Group-DIA mass spectrometry. Then we apply the systems biology theory to construct the corresponding RIP3-mediated necrosis signaling network model according to the former analysis results. Combining with experiments, the kinetic mechanism of necrosis will be eventually investigated and the unknown regulatory proteins will be predicted. This study will provide some theoretical basis for developing clinical optimal treatment strategies and the potential drug targets discovery of the diseases associated with necrosis.

自从受体相互作用蛋白3（RIP3）介导细胞坏死的调控机制被发现之后，对于细胞坏死信号通路的研究就迅速成为生物医学领域的前沿热点。已有实验表明RIP3并不能作为理想的药物靶点，因此对于细胞坏死过程中调控蛋白的发现及其机制的深入研究并协助治疗药物的开发具有重要意义。系统生物学和质谱技术的发展为人们实现系统和定量研究生物学过程提供了重要保障。本项目拟针对TNF-α诱导小鼠L929细胞的细胞坏死信号通路，利用免疫沉淀的方法纯化相关的蛋白复合物，结合Group-DIA质谱技术对相应的复合物蛋白进行鉴定及定量分析；基于得到的质谱数据，利用系统生物学理论对相应的细胞坏死信号网络模型进行构建，并结合实验验证定量探讨细胞坏死的动力学机制及预测发现细胞坏死过程中的未知调控蛋白，该研究将为协助临床上与细胞坏死相关疾病的治疗制定最优策略及发现更多潜在的药物靶点提供一定的理论依据。

细胞死亡是细胞在漫长的进化过程中获得的一种自杀机制，在清除机体内无用、多余及病变的细胞，维持正常发育、组织形态和机体内环境稳定等方面都起到关键性作用。本项目主要从系统生物学的理论、观点和研究方法出发，理论结合实验，对细胞坏死信号网络进行定量研究。经过3年的研究，我们很好地完成了基金申请中的计划内容。主要成果如下：（1）基于Group-DIA非靶向质谱数据分析方法，结合生物物理理论建模及实验验证，定量描绘了TNF介导的复杂信号系统是如何触发细胞坏死和细胞凋亡的抉择。阐述了RIP1在该系统中对细胞的死亡过程具有双向调控行为，并在此基础上提出了RIP1具有对caspase-8及RIP3的线性及非线性阈值招募动力学机制。细胞死亡过程的发生并不是排他的以某一种方式进行，在一定条件下，细胞坏死和细胞凋亡可以在单个细胞内同时发生；（2）构建了细胞质钙信号调控细胞凋亡信号网络模型，该模型包含四个模块：钙振荡模块、钙调蛋白模块、Bcl-2蛋白家族控制线粒体外膜通透(MOMP)模块、Caspase级联反应模块。表明钙信号不是以调频，而是以调幅的方式调控细胞凋亡；（3）基于Group-DIA非靶向质谱数据，构建了描述LPS介导的TLR4复合物组装过程的数学模型。对TLR4复合物自组装动力学进行研究，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。（4）集团化钙离子通道可以产生多尺度的钙信号来调控细胞死亡，我们建立了一个二维钙离子信号扩散反应模型，研究了集团化分布的钙离子通道对全局性钙波的调控作用机制。在项目执行期间本研究组发表与项目任务书有关论文7篇，其中SCI论文6篇。包括影响因子大于10的论文一篇及中科院JCR二区论文两篇。