細(xì)胞焦亡（pyroptosis）是一種由gasdermin介導(dǎo)的裂解性的程序性細(xì)胞死亡方式。Gasdermin D（GSDMD）是gasdermin家族中研究最廣泛的成員，在宿主抵抗病原體免疫中發(fā)揮重要作用。在經(jīng)典的細(xì)胞焦亡中，焦亡刺激誘導(dǎo)炎癥小體激活后，GSDMD被炎性caspase剪切，釋放出活性氨基末端片段（GSDMD-NT），隨后GSDMD-NT轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)膜，發(fā)生構(gòu)象變化并寡聚，形成一個(gè)插膜的孔狀結(jié)構(gòu)。通過該孔道，細(xì)胞分泌大量促炎細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素IL-1β等，引發(fā)強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)并誘導(dǎo)免疫細(xì)胞發(fā)生焦亡。

GSDMD作為介導(dǎo)細(xì)胞焦亡的關(guān)鍵因子，其剪切和寡聚受到嚴(yán)密調(diào)控。盡管體外的結(jié)構(gòu)研究已表征GSDMD和caspase之間的相互作用，但在焦亡刺激后這種酶-底物復(fù)合物是如何形成的尚不清楚。此外，體外實(shí)驗(yàn)已證明GSDMD-NT具有脂質(zhì)結(jié)合能力和寡聚化能力，但在細(xì)胞內(nèi)GSDMD的剪切、質(zhì)膜轉(zhuǎn)位和寡聚如何在時(shí)間和空間上被協(xié)調(diào)是領(lǐng)域內(nèi)尚未解決的重要科學(xué)問題。

2024年3月27日，中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心許代超團(tuán)隊(duì)在Nature Cell Biology發(fā)表了題為“A palmitoylation-depalmitoylation relay spatiotemporally controls GSDMD activation in pyroptosis”的研究論文，揭示了一種由S-棕櫚酰化-去棕櫚?；恿λ閷?dǎo)的細(xì)胞焦亡調(diào)控機(jī)制。這種接力機(jī)制以時(shí)空依賴性的方式控制GSDMD的剪切、質(zhì)膜轉(zhuǎn)位和寡聚。

S-棕櫚?；且环N通過硫酯鍵將棕櫚酸共價(jià)連接到蛋白質(zhì)半胱氨酸殘基上的翻譯后修飾，可增加蛋白質(zhì)的疏水性，從而調(diào)控蛋白質(zhì)的膜易位、膜結(jié)合、構(gòu)象變化、穩(wěn)定性以及與其他蛋白質(zhì)的相互作用等過程。多種刺激可觸發(fā)蛋白質(zhì)發(fā)生棕櫚?；腿プ貦磅；?，以類似于蛋白質(zhì)磷酸化和泛素化的方式調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的功能。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞焦亡過程中，鼠源GSDMD在氨基末端結(jié)構(gòu)域的保守Cys192殘基上發(fā)生可逆性S-棕櫚酰化修飾。在巨噬細(xì)胞中，多種刺激均會(huì)誘導(dǎo)GSDMD發(fā)生棕櫚酰化，該過程由棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶DHHC7介導(dǎo)。這種修飾增強(qiáng)了GSDMD與caspase的相互作用，從而促進(jìn)了GSDMD的剪切（圖1）。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)棕櫚酰化能夠在空間上促進(jìn)剪切后形成的活性GSDMD-NT從細(xì)胞質(zhì)易位到細(xì)胞質(zhì)膜上（圖1）。

鑒于棕櫚?；揎棿龠M(jìn)GSDMD的剪切和膜易位，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞焦亡，研究人員預(yù)期去棕櫚酰化修飾應(yīng)抑制細(xì)胞焦亡，即抑制去棕櫚酰化修飾促進(jìn)細(xì)胞焦亡。但有趣的是，敲除具有去棕櫚?；饔玫孽；蝓ッ窤PT2卻抑制了細(xì)胞焦亡，但不影響GSDMD的剪切以及GSDMD-NT的膜易位。這引起研究人員關(guān)注到與成孔活性直接關(guān)聯(lián)的GSDMD-NT的寡聚。分析發(fā)現(xiàn)，GSDMD-NT可由定位于細(xì)胞質(zhì)膜上的APT2去除棕櫚?；鶊F(tuán)，釋放出Cys192殘基，促進(jìn)其他修飾如活性氧ROS對(duì)Cys192位點(diǎn)的氧化作用，從而介導(dǎo)GSDMD-NT的寡聚（圖1）。所以GSDMD的棕櫚?；腿プ貦磅；兄诖龠M(jìn)細(xì)胞焦亡。研究人員發(fā)現(xiàn)，抑制棕櫚酰化或者去棕櫚?；^程均可有效保護(hù)小鼠免受脂多糖LPS誘導(dǎo)的膿毒性休克，并能夠以GSDMD依賴的方式增加小鼠對(duì)細(xì)菌感染的敏感性。

圖1. “棕櫚?；?去棕櫚?；恿Α睍r(shí)空依賴性地調(diào)控GSDMD剪切、膜轉(zhuǎn)運(yùn)和寡聚的分子機(jī)制模式圖

總之，這項(xiàng)研究揭示了DHHC7介導(dǎo)的棕櫚?；虯PT2介導(dǎo)的去棕櫚?；越恿Φ姆绞皆跁r(shí)間和空間上調(diào)控GSDMD的剪切、膜易位和寡聚，進(jìn)而促進(jìn)GSDMD的激活和細(xì)胞焦亡的分子機(jī)制（圖1）。該研究將為以蛋白棕櫚?；瘎?dòng)態(tài)修飾為靶點(diǎn)開發(fā)藥物治療感染性疾病的策略提供了科學(xué)依據(jù)。

中國科學(xué)院生物與化學(xué)交叉研究中心許代超研究員為該文通訊作者，中國科學(xué)院生物與化學(xué)交叉研究中心博士生張娜、楊元鑫和蘇州大學(xué)張健副教授為該文共同第一作者。中國科學(xué)院生物與化學(xué)交叉研究中心譚立研究員、陳忠文研究員等人為該工作提供了寶貴的幫助。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41556-024-01397-9