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Cell Research | 華南理工大學(xué)高平團(tuán)隊(duì)合作發(fā)現(xiàn)線粒體定位的cGAS抑制肝癌細(xì)胞鐵死亡

 外科黃文斌 2023-03-06 發(fā)布于廣東

編輯Jesse

生命科學(xué)修道院

cGAS(cyclic GMP-AMP Synthase) 是定位在細(xì)胞質(zhì)中的雙鏈 DNA 感知蛋白,通過合成 cGAMP 將信號(hào)傳遞給 STING 通路,進(jìn)而引發(fā)機(jī)體的抗病毒固有免疫反應(yīng)。近來的研究發(fā)現(xiàn),cGAS 在自噬、DNA 損傷修復(fù)、細(xì)胞衰老等過程中也發(fā)揮重要的調(diào)控作用,并與炎性疾病和腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。有趣的是,除細(xì)胞質(zhì)外,cGAS 還被發(fā)現(xiàn)可以定位到細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)膜和溶酶體,但不同亞細(xì)胞定位的 cGAS 的功能還很不清楚,尤其是不同亞細(xì)胞定位的 cGAS 與腫瘤進(jìn)程的關(guān)系目前還知之甚少。

2023年3月2日,華南理工大學(xué)/廣東省人民醫(yī)院高平/鐘秀穎團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)張華鳳團(tuán)隊(duì)合作在 Cell Research 上發(fā)表了題為“Mitochondria-localized cGAS suppresses ferroptosis to promote cancer progression”的研究論文,發(fā)現(xiàn) cGAS 定位于肝癌細(xì)胞的線粒體,并通過與線粒體分裂調(diào)控因子 DRP1 (Dynamin-1-like protein) 的互作抑制細(xì)胞鐵死亡、進(jìn)而促進(jìn)肝癌的發(fā)生發(fā)展。

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在本項(xiàng)研究中,作者首先利用線粒體蛋白質(zhì)組學(xué)檢測(cè)發(fā)現(xiàn) cGAS 存在于肝癌細(xì)胞線粒體中;利用肝癌細(xì)胞系、小鼠原發(fā)性肝腫瘤組織和臨床肝腫瘤組織樣本,通過細(xì)胞器分離、影像學(xué)等分析方法證實(shí)了 cGAS 可以定位在肝癌細(xì)胞線粒體外膜,且 cGAS 在腫瘤組織中的表達(dá)量明顯高于癌旁組織;并進(jìn)一步鑒定出 cGAS 蛋白中的線粒體靶向序列 (Mitochondrial targeting sequence, MTS),且發(fā)現(xiàn)其線粒體定位依賴于外膜蛋白 TOM70 的幫助。

為確定肝癌細(xì)胞線粒體中異常富集的 cGAS 與腫瘤進(jìn)程的相關(guān)性,作者通過使用不同類型程序性死亡的抑制劑處理表達(dá) MTS 缺失的 cGAS 突變體 (ΔMTS-cGAS) 的肝癌細(xì)胞,初步發(fā)現(xiàn)線粒體 cGAS 可能抑制細(xì)胞鐵死亡。鐵死亡是近年發(fā)現(xiàn)的一種鐵依賴性過氧化脂質(zhì)積累所導(dǎo)致的細(xì)胞死亡方式。為排除線粒體以外定位的 cGAS 對(duì)于鐵死亡的影響,作者又構(gòu)建了特異性定位至線粒體的 cGAS (MTS-cGAS)、抑制 cGAMP 合成酶活性的 cGAS E225A/D227A 等突變體用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。通過系列實(shí)驗(yàn)證實(shí),線粒體 cGAS 通過抑制線粒體 ROS 的累積從而抑制細(xì)胞鐵死亡,且其抑制細(xì)胞鐵死亡并不依賴于經(jīng)典的 cGAS-STING 信號(hào)通路。為了進(jìn)一步探究線粒體定位的 cGAS 抑制鐵死亡的機(jī)制,作者通過免疫共沉淀聯(lián)合質(zhì)譜分析蛋白質(zhì)組學(xué)篩選發(fā)現(xiàn),cGAS 結(jié)合調(diào)控線粒體分裂的關(guān)鍵蛋白 DRP1。體內(nèi)外的系列 IP、Pull down 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) cGAS 與 DRP1 在線粒體中直接結(jié)合,通過促進(jìn) DRP1 寡聚化抑制線粒體 ROS 的累積,進(jìn)而抑制細(xì)胞鐵死亡。

最后,作者利用小鼠移植瘤模型探究了線粒體 cGAS 對(duì)肝癌進(jìn)程的影響。首先觀察到,過表達(dá) ΔMTS-cGAS 突變體的移植瘤生長(zhǎng)明顯緩于過表達(dá)野生型 cGAS 蛋白的移植瘤;而過表達(dá) MTS-cGAS 突變體的移植瘤可以顯著挽救 cGAS 敲低造成的移植瘤生長(zhǎng)阻滯。接下來,作者使用鐵死亡抑制劑或 DRP1 酶活抑制劑處理不同突變體蛋白表達(dá)的肝癌移植瘤荷瘤小鼠,結(jié)果證實(shí)線粒體定位的 cGAS 通過抑制鐵死亡促進(jìn)小鼠體內(nèi)腫瘤生長(zhǎng),且其促腫瘤的作用依賴于 DRP1 蛋白。

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圖1. 線粒體定位的 cGAS 通過抑制鐵死亡促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展

綜上所述,本研究首次發(fā)現(xiàn)cGAS可以定位到腫瘤細(xì)胞線粒體,并通過促進(jìn)DRP1寡聚化抑制線粒體ROS累積和細(xì)胞鐵死亡,最終促進(jìn)肝癌發(fā)生發(fā)展。本研究從一個(gè)全新的視角解析了cGAS新的亞細(xì)胞定位和功能,對(duì)于全面深入理解cGAS蛋白生物學(xué)功能及其分子機(jī)制具有重要的理論意義,并為開發(fā)基于靶向線粒體cGAS的抗腫瘤策略提供了研究基礎(chǔ)。

華南理工大學(xué)博士生邱石橋、蒙香廣東省人民醫(yī)院鐘秀穎博士為本文的共同第一作者;廣東省人民醫(yī)院高平、鐘秀穎以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)張華鳳教授為共同通訊作者。

原文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41422-023-00788-1

生命科學(xué)修道院

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