Cell Res | 中国科学院孙丽明团队发现哺乳动物细胞中首个淀粉样酶，可抑制坏死性凋亡作用

超稳定的纤维结构是淀粉样蛋白的标志。与典型的疾病相关淀粉样蛋白相反，新兴的研究表明，大量的细胞淀粉样蛋白，称为“功能性淀粉样蛋白”，作为人类的时间信号中枢，有助于信号转导。然而，目前尚不清楚这些功能性淀粉样蛋白是如何有效地分解以终止信号转导的。含有RHIM基序的淀粉样蛋白是目前发现的最大的功能性淀粉样蛋白家族，在哺乳动物细胞中介导坏死性凋亡信号转导中起重要作用。

2023年8月14日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心孙丽明团队在Cell Research 在线发表了题为“HSPA8 acts as an amyloidase to suppress necroptosis by inhibiting and reversing functional amyloid formation”的研究论文，该研究确定热休克蛋白家族A成员8（HSPA8）是一种新型酶，称之为“淀粉样酶”，它直接分解RHIM淀粉样蛋白，以抑制细胞和小鼠的坏死性凋亡信号。与在伴侣介导的自噬中选择含有KFERQ样基序的底物不同，HSPA8通过疏水性六肽基序N(X1)φ(X3)特异性识别含有RHIM的蛋白质。HSPA8的SBD结构域与含有RHIM的蛋白质相互作用，防止邻近的RHIM单体堆积成功能原纤维；此外，NBD结构域通过ATP水解提供能量，HSPA8将预先形成的RHIM淀粉样蛋白分解为非功能单体。

值得注意的是，HSPA8在分解功能性RHIM淀粉样蛋白中的淀粉样酶活性不需要其共同伴侣系统。利用这种淀粉样酶活性，HSPA8逆转引发剂RHIM淀粉样蛋白（由RIP1、ZBP1和TRIF形成）以防止坏死性凋亡起始，并逆转RIP3淀粉样蛋白以防止坏死性凋亡执行，从而消除多级RHIM淀粉状蛋白以有效防止自发坏死性凋亡激活。HSPA8作为一种淀粉样酶分解功能性淀粉样蛋白的发现，为功能性淀粉类蛋白的可逆性提供了基本的理解，这一特性将其与体内牢不可破的疾病相关淀粉样蛋白区分开来。

淀粉样蛋白是一种最著名的高级蛋白质结构，所有这些结构都包含一个中心交叉β脊，具有排除溶剂的自互补立体拉链相互作用。它们最初被定义为一种独特类型的蛋白质折叠障碍，在包括阿尔茨海默病在内的多种疾病中引起非特异性细胞功能障碍。令人惊讶的是，淀粉样蛋白除了在人类疾病中发挥破坏性作用外，还被发现对生物体中的功能实体有贡献。在21世纪初，人们发现一种黑色素小体蛋白Pmel17可以形成淀粉样蛋白模板，在人类黑色素细胞和色素细胞中黑色素小体的生物发生过程中促进黑色素沉积；因此，Pmel17原纤维是第一个被发现符合术语“功能性淀粉样蛋白”的人类蛋白质原纤维。后来，在2009年，人们发现几种肽激素可以形成储存在垂体分泌颗粒中的淀粉样蛋白。随后创造了“功能性淀粉样蛋白”一词，以区分这些信号淀粉样蛋白和细胞外沉积的疾病相关淀粉样蛋白。

2012年，一类含有胞质RIP同源相互作用基序（RHIM）的蛋白质，受体相互作用丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1（RIP1）和3（RIP3）的淀粉样蛋白性质被揭示。在接下来的几年里，其他RHIM淀粉样蛋白ZBP1（也称为DNA依赖性干扰素调节因子激活剂（DAI）或DLM-1）和含有Toll/IL-1R结构域的诱导干扰素-β（TRIF）被相继证实具有相似的淀粉样蛋白特征。基于RHIM的淀粉样蛋白是目前哺乳动物中最大的功能性淀粉样蛋白家族，所有这些含有RHIM的蛋白质都参与坏死性凋亡信号转导。

坏死性凋亡是一种促炎性膜裂解细胞死亡，由膜损伤蛋白混合谱系激酶结构域样假激酶（MLKL）介导。坏死性凋亡信号传播到MLKL需要多级RHIM淀粉样蛋白的形成。哺乳动物细胞中有三种含有引发剂RHIM的蛋白质，每种蛋白质都对不同的细胞外刺激做出反应，以启动坏死性凋亡信号传导：RIP1传递来自TNF细胞因子家族的信号；ZBP1对zRNA/zDNA有反应；TRIF响应TLR3/4。含有引发剂RHIM的蛋白质形成淀粉样种子，并通过RHIM–RHIM同源性相互作用募集其共享的含有下游效应物RHIM的蛋白RIP3。然后更多的胞质RIP3单体成核以形成RIP3原纤维。RIP3原纤维伸长引起MLKL的低聚和活化，导致坏死性凋亡膜破裂。总之，基于RHIM的淀粉样蛋白作为激活MLKL的大分子信号中枢发挥作用。

文章模式图（图源自Cell Research ）

RHIM基序是一个约18个氨基酸的保守序列，由四种哺乳动物RHIM蛋白共享，用于坏死性凋亡信号转导。然而，有一个自然规律不应被忽视：信号转导是一个时间过程，因此不应永久组装任何信号中枢。在无细胞系统中，RHIM核心具有保守的四分体肽序列(I/V/L)-(Q/M)-(I/V/L)-G，自发地使RHIM单体成核形成刚性原纤维，并且淀粉样原纤维由于相邻的交叉β-折叠堆积而保持生长，这为解离创造了能量屏障。然而，在活细胞中，尽管含有RHIM的蛋白质在某些组织（如脾脏和十二指肠）中高水平表达，但既不会发生自发的RHIM淀粉样蛋白生长，也不会发生坏死性凋亡。此外，在去除坏死性凋亡诱导剂后，细胞甚至能够通过ESCRT复合物介导的膜修复存活，尽管存在已经形成的RHIM淀粉样蛋白。目前尚不清楚细胞如何抑制自发RHIM淀粉样蛋白的形成或分解纤维聚合物以避免坏死性凋亡。

该研究确定HSPA8（也称为HSC70或HSP70-8）是哺乳动物细胞中的第一种淀粉样酶，具有逆转RHIM淀粉样蛋白以防止坏死性凋亡的特殊作用，其具有双重作用：（1）阻断自发的RHIM寡聚以阻止原纤维生长，以及（2）以ATP依赖的方式分解预先形成的RHIM原纤维。因此，RHIM淀粉样蛋白成为淀粉样蛋白酶HSPA8抑制功能性淀粉样蛋白介导的信号转导的一类底物。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41422-023-00859-3

转自：“iNature”微信公众号

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