Nature子刊 | 山东大学朱德裕/初波/苑辉卿等发现铁死亡抑制蛋白1催化和铁死亡抑制的机理

铁死亡抑制蛋白1（FSP1）是最近发现的非谷胱甘肽依赖性铁死亡抑制蛋白，但其潜在的结构机制仍然未知。

2023年9月22日，山东大学朱德裕、初波、苑辉卿及荆楚理工学院王其海共同通讯在Nature Communications 发表题为“Structural insights into FSP1 catalysis and ferroptosis inhibition”的研究论文，该研究报告了Gallus Gallus FSP1的无底物和泛素结合形式的晶体结构。这些结构揭示了FAD结合结构域和NAD（P）H结合结构域，两者都与AIF和NADH氧化还原酶共享，以及特征性的羧基末端结构域。

该研究证明了羧基末端结构域对FSP1的催化活性和铁死亡抑制至关重要，通过介导FSP1的功能性二聚化，以及FAD两侧两个活性位点的形成，这两个活性位点分别负责泛醌还原和独特的FAD羟基化。研究还发现，在体外氧和NAD(P)H存在的情况下，FSP1可以催化H2O2的产生和FAD向6-羟基FAD的转化，6-羟基FAD直接抑制细胞铁死亡。综上所述，这些发现进一步加深了对FSP1催化和铁死亡抑制机制的理解，并确立了6-羟基FAD作为FSP1的活性辅因子和有效的自由基捕获抗氧化剂抑制铁死亡的作用。

铁死亡是由于过度脂质过氧化导致的一种铁依赖形式的调节性细胞死亡，并涉及各种病理状况和疾病以及癌症的治疗。铁死亡已成为治疗癌症的一个极具前景的靶点，引起了人们的极大兴趣。到目前为止，铁死亡至少由四种主要的氧化还原相关系统调节，其中包括谷胱甘肽-GPX414， FSP1-辅酶 Q10 ，DHODH-CoQ1015和GCH1-四氢生物蝶呤（BH4）途径。其中，FSP1-CoQ10是一个独立的平行系统，与初级谷胱甘肽-GPX4途径合作以抑制铁死亡。FSP1之前被称为凋亡诱导因子线粒体2 (AIFM2)，基于其与凋亡诱导因子(AIF或AIFM1)的同源性,并在体外发挥NAD(P) h依赖性氧化还原酶的作用。与AIF不同，FSP1缺乏显著的促凋亡功能，但可保护细胞免于铁死亡。

最近，FSP1被证明在棕色脂肪细胞产热过程中调节NADH氧化还原。虽然越来越多的证据表明FSP1具有铁死亡抑制因子的作用，但目前尚不完全清楚FSP1如何催化NAD(P)H还原泛醌，并通过其氧化还原酶活性防御铁死亡，以及为什么只有AIF家族的FSP1在抑制铁死亡中发挥关键作用。探索FSP1催化活性的分子机制将有助于开发通过FSP1- CoQ10系统发挥作用的治疗药物。

在此研究的人类和鸡(Gallus Gallus ) FSP1(以下分别命名为hFSP1和cFSP1)具有70%的序列同源性，其特征是具有脂滴形成和膜靶向所需的短N端豆豆酰化基序，以及负责催化活性的经典黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)依赖性氧化还原酶结构域。在本研究中，最初尝试获得hFSP1的晶体，但没有成功。因此，将cFSP1纯化并结晶，研究分别在2.0和2.6 Å分辨率下报告了无底物和泛醌(CoQ1)结合形式的cFSP1(残基12-373，以下命名为cFSP1ΔN)的晶体结构。

FSP1催化和反铁死亡机理模型（图源自Nature Communications ）

该研究揭示了FSP1的同源二聚体对于FAD和泛醌结合口袋的形成，以及NAD(P)H：泛醌氧化还原和铁死亡抑制的活性是必需的。FSP1同型二聚体的形成依赖于其C端结构域(CTD)，缺乏CTD不能形成FSP1的功能性同型二聚体，失去抑制铁死亡的保护作用。此外，研究还发现6-羟基FAD是FSP1的活性辅因子和一种有效的抗铁死亡化合物。综上所述，该研究阐明了FSP1的催化活性在抑制铁死亡中的作用，并为药物设计和筛选提供了新的见解。

参考消息：

https://doi.org/10.1038/s41467-023-41626-7

转自：“iNature”微信公众号

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