清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院林欣課題組在《Nature Communications》發(fā)文揭示RIPK1 K63泛素化修飾調(diào)控炎癥發(fā)生的機(jī)制
2019年9月13日，清華大學(xué)免疫學(xué)研究所林欣課題組在《Nature Communications》期刊上在線發(fā)表了題為” K63-linked ubiquitination regulates RIPK1 kinase activity to prevent cell death during embryogenesis and inflammation”的文章，揭示了RIPK1的K63泛素化修飾可通過調(diào)節(jié)RIPK1的激酶活性來抑制胚胎發(fā)育和炎癥發(fā)生過程中的細(xì)胞死亡，為研究程序性死亡調(diào)節(jié)生理過程提供了新的視角。
RIPK1(Receptor interacting kinase 1)是一個絲氨酸和蘇氨酸激酶，可以參與調(diào)節(jié)細(xì)胞存活和細(xì)胞死亡過程。RIPK1的功能在TNFα介導(dǎo)的信號通路中被廣泛研究，它的激酶活性對其參與的調(diào)控過程至關(guān)重要。此前的研究表明，蛋白質(zhì)翻譯后修飾，包括泛素化和磷酸化參與了RIPK1的激酶活性調(diào)控過程。但是這些修飾如何調(diào)控RIPK1的激酶活性以及如何通過這些修飾來影響程序性死亡過程的機(jī)制尚未研究清楚。10多年前，當(dāng)時還在美國安德森癌癥中心的林欣課題組和美國德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的James Chen課題組曾應(yīng)用生化實(shí)驗(yàn)分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了RIPK1的K63泛素修飾可參與TNFa誘導(dǎo)的NF-kB信號，并鑒定了人源RIPK1的泛素化修飾位點(diǎn)是Lys377(K377)。但是鑒于技術(shù)手段和背景知識的限制，當(dāng)時對于RIPK1的K63泛素化修飾是否參與調(diào)節(jié)其激酶活性以及這個修飾的生理作用不很清楚，而且迄今沒有被研究。
在本研究中，研究者通過氨基酸保守性分析尋找到了Lys376（K376）是鼠源RIPK1的K63泛素化位點(diǎn)，并利用Crispr-Cas9技術(shù)構(gòu)建了K376R突變小鼠。研究發(fā)現(xiàn)，RIPK1 的K376R突變會造成小鼠在胚胎期E13.5致死，在胚胎里可檢測到大量的細(xì)胞死亡和嚴(yán)重的肝損傷。Ripk1K376R/K376R小鼠致死期遠(yuǎn)早于Ripk1-/-小鼠，暗示了RIPK1的K63泛素化修飾對RIPK1參與調(diào)節(jié)細(xì)胞生死的重要性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Ripk1K376R/K376R突變會加速TNFa誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和壞死過程。雖然K376R突變會降低NF-kB的激活，但NF-kB激活水平的降低并不是RIPK1K376R/K376R細(xì)胞死亡增多的主要原因。他們注意到RIPK1的激酶活性在K376R突變的細(xì)胞中顯著增加，通過一系列生化細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，他們最終揭示了調(diào)控機(jī)制，即RIPK1在K376上的K63泛素化修飾可招募TAK1-IKK復(fù)合物來抑制RIPK1的激酶活性，當(dāng)發(fā)生K376R突變時會造成RIPK1的激酶活性不被抑制，進(jìn)而促進(jìn)了細(xì)胞死亡的發(fā)生。
那么是否是細(xì)胞死亡造成了Ripk1K376R/K376R小鼠的胚胎致死呢？他們發(fā)現(xiàn)，TNFR1的缺失可延緩Ripk1K376R/K376R小鼠的胚胎致死，在出生12天后由于嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)而致死。而RIPK3和caspase8同時缺失可完全抑制Ripk1K376R/K376R小鼠的死亡和炎癥過程。更有趣的是，研究者獲得了Ripk1K376R/-小鼠，該小鼠會在出生后由于嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)而致死。與Ripk1K376R/K376R相比，Ripk1K376R/-細(xì)胞只有單拷貝的RIPK1存在，因此它的激酶活性相對減弱，這解釋了Ripk1K376R/-小鼠的表型。相似的，Ripk1K376R/-小鼠炎癥表型也會由于TNFR1缺失或者RIPK3/Caspase8的缺失而被抑制。他們的這些發(fā)現(xiàn)，在生理?xiàng)l件下，揭示了RIPK1的K63泛素化修飾對調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育和炎癥反應(yīng)過程的重要性，對于深入了解RIPK1在相關(guān)疾病中的功能和機(jī)制有重要作用。
清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院林欣教授為本文的通訊作者，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院2013級博士生唐勇和2016級博士生涂海林為該論文的共同第一作者，論文的其它作者包括2016級博士生張杰、醫(yī)學(xué)院副研究員趙學(xué)強(qiáng)老師，以及國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心（鳳凰中心，北京）秦鈞教授和博士后王旖旎。該課題得到國家自然科學(xué)基金委和清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。
值得一提的是，同一天《Nature Communications》 同時在線發(fā)表了中科院上海生命科學(xué)研究院章海兵課題組相同結(jié)論的研究論文。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12033-8
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