最新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞 “新” 型死亡方式｜MedChemExpress (MCE)
關(guān)于細(xì)胞的程序性死亡的相關(guān)研究一直是生命科學(xué)的熱門(mén)領(lǐng)域，無(wú)論是持續(xù)火熱的鐵死亡 (推文：鐵死亡是什么，如何檢測(cè)？您要的 “一文通” 來(lái)了)。還是正在生信領(lǐng)域大方異彩的“銅死亡” (推文：空降 熱搜 銅死亡丨解鎖細(xì)胞死亡新方式)，都涉及到 離子轉(zhuǎn)運(yùn)。在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，溶質(zhì)載體(solute carriers, slc)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族作為重要的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族，它們對(duì)葡萄糖、氨基酸和金屬離子的轉(zhuǎn)運(yùn)有著重要的影響(圖 1)[1]。
圖 1.slc 蛋白家族對(duì)不同離子以及氨基酸等轉(zhuǎn)運(yùn)[1]
slc7a11----死亡調(diào)控途徑中的雙'刃劍
slc 家族成員 slc7a11 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在維持細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽水平和保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡方面具有重要作用，具有促生存作用[3]。但有研究表明，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞在葡萄糖剝奪條件下，通過(guò) system xc- (其中 slc7a11 為催化亞基) 攝取胱氨酸會(huì)迅速誘導(dǎo) nadph 耗竭、活性氧物質(zhì)積累和細(xì)胞死亡。
2020 年甘波誼團(tuán)隊(duì)在 nature cell biology 發(fā)表的文章也表明，葡萄糖饑餓條件下，高 slc7a11 表達(dá)反而促進(jìn)細(xì)胞死亡，slc7a11 就像是調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原平衡和細(xì)胞死亡/存活方面的雙'刃劍[4]。
圖 2. 葡萄糖饑餓條件下，高 slc7a11 表達(dá)反而促進(jìn)細(xì)胞死亡[5]
slc7a11 和 slc3a2 組成的胱氨酸/谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 system xc -，將胞內(nèi)谷氨酸轉(zhuǎn)出以1:1 的比例來(lái)?yè)Q取胞外的胱氨酸 (cys2)
■ slc7a11 高表達(dá)為何會(huì) “促” 死亡？
這是因?yàn)殡装彼崾欠N不溶性氨基酸，為了防止細(xì)胞內(nèi)高度不溶性胱氨酸的毒性積聚，slc7a11high 細(xì)胞需要迅速將胱氨酸還原為半胱氨酸，而這個(gè)過(guò)程需要從葡萄糖-戊糖磷酸途徑 (ppp) 獲得大量 nadph，這會(huì)對(duì)細(xì)胞
nadph 庫(kù)會(huì)造成大量消耗，并使此類(lèi)細(xì)胞產(chǎn)生葡萄糖和戊糖磷酸途徑 (ppp) 依賴(lài)性(如圖 2)[4,5]。因此，當(dāng)葡萄糖供應(yīng)限制，氧化還原力不足，slc7a11high 細(xì)胞內(nèi)的胱氨酸或其他二硫化物分子的異常積累，誘發(fā)二硫化物應(yīng)激觸發(fā)細(xì)胞死亡。
今年 2 月，甘波誼團(tuán)隊(duì)發(fā)表的 actin cytoskeleton vulnerability to disulfide stress mediates disulfidptosis 一文更加詳細(xì)闡明了這一死亡機(jī)制，研究表明肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架對(duì)二硫化應(yīng)激的敏感性介導(dǎo)了雙硫死亡 (disulfidptosis)，并提出了在癌癥治療中靶向二硫化的治療策略。
slc7a11-high 細(xì)胞獨(dú)'特細(xì)胞死亡方式
雙硫死亡是一種不同于鐵死亡，凋亡等的新型死亡方式，在 slc7a11high 細(xì)胞中，鐵死亡，凋亡，細(xì)胞壞死以及自噬抑制劑都不能挽救葡萄糖饑餓誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡(圖 3a-b), 但二硫應(yīng)激的還原劑，如二硫蘇糖醇 (dtt)、β-巰基乙醇 (2me) 和 tcep 可以抑制 slc7a11high 細(xì)胞中葡萄糖饑餓誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡 (圖 3d)。此外，硫醇氧化劑(二胺和馬來(lái)酸二乙酯)促進(jìn) slc7a11high 細(xì)胞在葡萄糖饑餓下的細(xì)胞死亡，并導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)二硫分子的急劇積累(如胱氨酸和谷氨酰胱氨酸，經(jīng)二胺處理后進(jìn)一步增加) (圖 3c)。透射電鏡分析顯示，在葡萄糖饑餓導(dǎo)致 slc7a11high 細(xì)胞種胱氨酸在細(xì)胞質(zhì)中積聚 (圖 3e)。以上結(jié)果表明二硫脅迫引起的細(xì)胞死亡，與鐵死亡，細(xì)胞凋亡等都不同，那么其特征到底是什么？
圖3.葡萄糖饑餓條件下的細(xì)胞死亡方式[5]
a. slc7a11-high 細(xì)胞的用 dfo, fer-1, z-vad, nec-1, nec-2 和 cq 處理后的細(xì)胞死亡情況。b. 過(guò)表達(dá) slc7a11 的細(xì)胞在無(wú)葡萄糖培養(yǎng)基中培養(yǎng)中用 z-vad, fer-1 和 tcep 處理時(shí)間。c. umrc6 細(xì)胞在含或不含 dtt, 2me 或 tcep的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。d. umrc6 細(xì)胞內(nèi)胱氨酸和谷氨酰胱氨酸的積累。e. umrc6 細(xì)胞的典型透射電鏡圖像。
雙硫死亡---與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架有關(guān)
作者團(tuán)隊(duì)假設(shè)，在葡萄糖饑餓條件下，slc7a11 高細(xì)胞的 nadph 消耗和二硫應(yīng)激的增加誘導(dǎo)氧化還原敏感蛋白中二硫鍵的生成(在正常條件下，細(xì)胞質(zhì)的還原環(huán)境阻止胞質(zhì)蛋白形成二硫鍵)，這可能會(huì)破壞相應(yīng)的氧化蛋白的活性或功能，從而損害細(xì)胞活力。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，作者團(tuán)隊(duì)對(duì)氨基酸進(jìn)行穩(wěn)定同位素標(biāo)記，量化葡萄糖饑餓誘導(dǎo)的 slc7a11high細(xì)胞中的二硫化物蛋白質(zhì)組改變(圖 4a)。正向和反向標(biāo)記分析確定了 90 個(gè)半胱氨酸位點(diǎn)。此外，基因本體分析表明，在葡萄糖饑餓誘導(dǎo)的二硫鍵的蛋白質(zhì)中，肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架和細(xì)胞粘附相關(guān)的生物過(guò)程或途徑顯著富集 (圖 4c)，作者團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了至少 17 個(gè)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白在葡萄糖饑餓后二硫鍵增加的頂級(jí)蛋白中 (圖 4b) 并且這些蛋白質(zhì)中的大多數(shù)包含二硫鍵的半胱氨酸位點(diǎn) (圖 4d-e)。這表明 slc7a11high 細(xì)胞中的葡萄糖饑餓可能誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白中的二硫鍵 (圖 4c)。
圖 4.葡萄糖饑餓條件下肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白中的二硫鍵形成[5]
a. 用于鑒定含二硫肽的方法正向和反向?qū)嶒?yàn)中含二硫肽的散點(diǎn)圖。c. 基因本體 (go) 富集分析。d. 含有二硫鍵的蛋白質(zhì)的不同含二硫半胱氨酸位點(diǎn)的數(shù)量的增加。
slc7a11-high 細(xì)胞的肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)
由于二硫鍵的形成會(huì)影響非還原條件下蛋白質(zhì)的電泳遷移率。作者團(tuán)隊(duì)檢測(cè)了肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白的遷移率，發(fā)現(xiàn)umrc6 細(xì)胞在葡萄糖饑餓后，多個(gè)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白表現(xiàn)出較慢的遷移，這表明這些肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白在葡萄糖饑餓條件下形成多個(gè)分子間二硫鍵(圖 5a)。
作者團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步研究葡萄糖饑餓后 slc7a11high細(xì)胞的肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)。在含糖培養(yǎng)基的slc7a11high 細(xì)胞中，肌動(dòng)蛋白絲 (f-肌動(dòng)蛋白) 主要在細(xì)胞皮質(zhì)和應(yīng)激纖維中；但葡萄糖饑餓會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞形態(tài)的顯著變化：細(xì)胞收縮和 f-肌動(dòng)蛋白收縮。f-actin 與膜染料 cellmask 共染色顯示，葡萄糖饑餓會(huì)導(dǎo)致 slc7a11high 細(xì)胞中 f-肌動(dòng)蛋白從質(zhì)膜分離(圖 5b-d)，并且葡萄糖饑餓誘導(dǎo)的這些細(xì)胞肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架形態(tài)的變化是slc7a11依賴(lài)性的(圖 5c)，胱氨酸饑餓 、2dg或2me(圖 5f)處理可以消除這種變化。葡萄糖饑餓誘導(dǎo)的 slc7a11 高細(xì)胞肌動(dòng)蛋白骨架蛋白異常二硫鍵可能導(dǎo)致隨后的 f-肌動(dòng)蛋白收縮和脫離質(zhì)膜。
圖 5.葡萄糖饑餓條件下，異常二硫鍵形成導(dǎo)致的肌動(dòng)蛋白動(dòng)力學(xué)[5]
a-b. 谷胱甘肽化 slc7a11-high 介導(dǎo)的胱氨酸攝取示意圖。c. wt 和 slc7a11-ko umrc6 細(xì)胞的無(wú)糖培養(yǎng)基中對(duì) f-肌動(dòng)蛋白進(jìn)行熒光染色。d. 無(wú)糖培養(yǎng)基中培養(yǎng)的細(xì)胞的 f-肌動(dòng)蛋白和膜進(jìn)行熒光染色。e. 含葡萄糖、無(wú)葡萄糖、葡萄糖和無(wú)胱氨酸 (?glc) 或無(wú)胱氨酸 (?glc) 培養(yǎng)基中培養(yǎng)，對(duì) f-肌動(dòng)蛋白進(jìn)行熒光染色。f. 2me 添加在含糖或無(wú)糖培養(yǎng)基中培養(yǎng)的細(xì)胞中 f-肌動(dòng)蛋白的熒光染色。
以上結(jié)果表明，slc7a11high細(xì)胞中，葡萄糖饑餓誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白的異常二硫鍵，f-肌動(dòng)蛋白以 slc7a11 依賴(lài)性的方式崩潰。新的死亡機(jī)制的鑒定促進(jìn)人們對(duì)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的基本理解，那 “雙硫死亡” 最大的意義何在？
雙硫死亡，研究的意義何在？
葡萄糖是糖酵解的起始物質(zhì)，由葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 (glut) 家族通過(guò)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)，靶向葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 (glut) 是是潛在癌癥治療干預(yù)的有趣靶點(diǎn)。
甘波誼團(tuán)隊(duì)等人在 2020 年的發(fā)表的文章中就發(fā)現(xiàn)高 slc7a11 表達(dá)的癌細(xì)胞對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 glut 抑制劑特別敏感。glut 抑制劑 kl-11743 或 bay-876 可有效抑制葡萄糖攝取，與葡萄糖饑餓情況相似。在 slc7a11 過(guò)表達(dá)細(xì)胞中，glut1 抑制劑處理增加 nadp+/nadph比值(圖 6a,b)，并在 umrc6 細(xì)胞中引發(fā)強(qiáng)烈的細(xì)胞死亡(圖 6c)。此外，glut 抑制會(huì)誘導(dǎo)二硫鍵的結(jié)合肌動(dòng)蛋白骨架蛋白和 f-肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)崩潰。
在動(dòng)物模型中，bay876 治療降低了 slc7a11high nci-h226異種移植瘤的生長(zhǎng) (圖 6d)，bay -876 處理的腫瘤表現(xiàn)出頻繁的細(xì)胞死亡(圖 6e)，bay-876 處理的腫瘤在肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白中表現(xiàn)出更多的二硫鍵結(jié)合。這些結(jié)果表明：glut 抑制劑誘導(dǎo) slc7a11high 癌細(xì)胞的雙硫狀態(tài)和細(xì)胞死亡，而癌細(xì)胞的雙硫死亡可能是介導(dǎo) glut 抑制劑治療slc7a11high腫瘤的治療效果的關(guān)鍵因素。
圖 6.glut 抑制劑誘導(dǎo) slc7a11 高表達(dá)細(xì)胞死亡[5]
a,葡萄糖攝取水平。b.nadp+/nadph比值c.死亡細(xì)胞的比例。bay-876 與dfo, fer-1，z-vad、 nec-1、nec-2 和 cq 在指'定濃度下處理 7h。d. nci-h226 異種移植模型中腫瘤體積隨時(shí)間的變化。e. nci-h226 異種移植物的重量以及 nci-h226 腫瘤區(qū)域的 he 染色和免疫組化染色。
■ 小結(jié)
作者團(tuán)隊(duì)研究結(jié)果表明在 slc7a11 高表達(dá)的情況下，葡萄糖饑餓限制 ppp 產(chǎn)生 nadph 會(huì)導(dǎo)致小分子二硫化物 (包括胱氨酸) 大量積累、引起一系列氧化還原缺陷和細(xì)胞死亡。
圖 7.雙硫死亡的機(jī)制圖
并且基于對(duì)雙硫死亡的機(jī)制理解，還發(fā)現(xiàn) glut 抑制誘導(dǎo)的雙硫死亡可能是治療slc7a11 高表達(dá)腫瘤的有效治療策略，這種腫瘤經(jīng)常發(fā)生在人類(lèi)癌癥中[6]。雙硫死亡這種細(xì)胞死亡機(jī)制的闡明為靶向治療癌癥提供一個(gè)關(guān)鍵框架。
相關(guān)產(chǎn)品
necrostatin-1 (nec-1)
一種有效的能透過(guò)血腦屏障的壞死性凋亡 (necroptosis) 抑制劑，necrostatin-1 (nec-1) 也是一種 (ido) 抑制劑。
rsl3 ((1s,3r)-rsl3)
谷胱甘肽過(guò)氧化物酶 4 (gpx4) 的抑制劑 (ferroptosis 激動(dòng)劑)，可降低 gpx4 的表達(dá)
ferrostatin-1 (fer-1)
有效的、選擇性的 ferroptosis 抑制劑。ferrostatin-1 是一種人工合成的抗氧化劑，通過(guò)還原機(jī)制來(lái)防止膜脂的損傷，從而抑制細(xì)胞死亡。具有抗真菌活性。
chloroquine
chloroquine 是自噬 (autophagy) 和 toll 樣受體 (tlrs) 的抑制劑。chloroquine 有效抑制 sars-cov-2 (covid19) 感染 (ec50=1.13 μm)。
deferoxamine (deferoxamine b)
鐵螯合劑 (結(jié)合 fe(iii) 和許多其他金屬陽(yáng)離子)，被廣泛用于減少鐵在組織中的積累和沉積。
staurosporine
凋亡誘導(dǎo)劑。是一種有效，atp 競(jìng)爭(zhēng)性的，非選擇性蛋白激酶抑制劑
2-deoxy-d-glucose
葡萄糖類(lèi)似物，為葡萄糖代謝抑制劑，通過(guò)作用于己糖激酶 (hexokinase) 來(lái)抑制糖酵解 (glycolysis)。
bay-876
一種具有口服活性的，選擇性的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 1 (glut1) 抑制劑，ic50 為 2 nm。bay-876 對(duì) glut1 的選擇性是 glut2，glut3 和 glut4 的 130 倍以上。
kl-11743
具有口服活性的葡萄糖競(jìng)爭(zhēng)性 i 類(lèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制劑，抑制 glut1，glut2，glut3 和 glut4 的 ic50 值分別為 115 nm，137 nm，90 nm 和 68 nm。kl-11743 特異性阻斷葡萄糖代謝。kl-11743 可與電子傳遞抑制劑協(xié)同誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。
參考文獻(xiàn)
1. wenxin song, et al. solute carrier transporters: the metabolic gatekeepers of immune cells. acta pharm sin b. 2020 jan;10(1):61-78.
2. xiaoguang liu, yilei zhang , li zhuang, et al. nadph debt drives redox bankruptcy: slc7a11/xct-mediated cystine uptake as a double-edged sword in cellular redox regulation . genes dis. 2020 nov 25;8(6):731-745.
3. takeo goji, et al. cystine uptake through the cystine/glutamate antiporter xct triggers glioblastoma cell death under glucose deprivation. j biol chem. 2017 dec 1;292(48):19721-19732.
4. xiaoguang liu, kellen olszewski, yilei zhang, et al. cystine transporter regulation of pentose phosphate pathway dependency and disulfide stress exposes a targetable metabolic vulnerability in cancer. nat cell biol. 2020 apr;22(4):476-486.
5. xiaoguang liu, litong nie, et al. actin cytoskeleton vulnerability to disulfide stress mediates disulfidptosis. nat cell biol. 2023 feb 6.
6. pranavi koppula, li zhuang, boyi gan. cystine transporter slc7a11/xct in cancer: ferroptosis, nutrient dependency, and cancer therapy. protein cell. 2021 aug;12(8):599-620.
國(guó)內(nèi)氣彈簧行業(yè)發(fā)展步伐不曾停止
山西：《畜禽屠宰“嚴(yán)規(guī)范 促提升 保安全”三年行動(dòng)實(shí)施方案(2023-2025年)》發(fā)布
阻火透氣帽FZT-1阻火通氣帽使用說(shuō)明與維修
新型微波熱泵復(fù)合烘干機(jī)變革熱敏性物料的干燥應(yīng)用
全組分痕量重金屬分析儀器開(kāi)發(fā)和應(yīng)用示范項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收
最新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞 “新” 型死亡方式｜MedChemExpress (MCE)
JCCRM511 注冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)膽紅素
關(guān)于管式分離機(jī)在使用過(guò)程中應(yīng)注意哪些問(wèn)題呢？
實(shí)驗(yàn)室小型凍干機(jī)設(shè)計(jì)和優(yōu)勢(shì)—樣品放置系統(tǒng)
運(yùn)行中的消防泵不可放任不管哦，還需要注意哪些方面呢？
PLA玉米淀粉可降解造粒機(jī)
生活污水處理設(shè)備中活性污泥法性能指標(biāo)的判斷
城市集中供熱保溫管網(wǎng)自動(dòng)化的運(yùn)行
龍門(mén)刨床主要結(jié)構(gòu)性能與特點(diǎn)
蘽根的功效與作用
隆瑞2680A噴霧器低容量消毒機(jī)養(yǎng)殖場(chǎng)滅蚊蟲(chóng)氣溶膠霧化
語(yǔ)言評(píng)估及訓(xùn)練系統(tǒng)/認(rèn)知評(píng)估/日常生活模擬
《固定污染源廢氣 氨的測(cè)定 便攜式可調(diào)諧激光法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)
德國(guó)海德漢LC493F/100nm/ML270/370/320mm光柵尺
COD恒溫消解器的不斷創(chuàng)新
圖 1.slc 蛋白家族對(duì)不同離子以及氨基酸等轉(zhuǎn)運(yùn)[1]
slc7a11----死亡調(diào)控途徑中的雙'刃劍
slc 家族成員 slc7a11 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在維持細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽水平和保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡方面具有重要作用，具有促生存作用[3]。但有研究表明，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞在葡萄糖剝奪條件下，通過(guò) system xc- (其中 slc7a11 為催化亞基) 攝取胱氨酸會(huì)迅速誘導(dǎo) nadph 耗竭、活性氧物質(zhì)積累和細(xì)胞死亡。
2020 年甘波誼團(tuán)隊(duì)在 nature cell biology 發(fā)表的文章也表明，葡萄糖饑餓條件下，高 slc7a11 表達(dá)反而促進(jìn)細(xì)胞死亡，slc7a11 就像是調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原平衡和細(xì)胞死亡/存活方面的雙'刃劍[4]。
圖 2. 葡萄糖饑餓條件下，高 slc7a11 表達(dá)反而促進(jìn)細(xì)胞死亡[5]
slc7a11 和 slc3a2 組成的胱氨酸/谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 system xc -，將胞內(nèi)谷氨酸轉(zhuǎn)出以1:1 的比例來(lái)?yè)Q取胞外的胱氨酸 (cys2)
■ slc7a11 高表達(dá)為何會(huì) “促” 死亡？
這是因?yàn)殡装彼崾欠N不溶性氨基酸，為了防止細(xì)胞內(nèi)高度不溶性胱氨酸的毒性積聚，slc7a11high 細(xì)胞需要迅速將胱氨酸還原為半胱氨酸，而這個(gè)過(guò)程需要從葡萄糖-戊糖磷酸途徑 (ppp) 獲得大量 nadph，這會(huì)對(duì)細(xì)胞
nadph 庫(kù)會(huì)造成大量消耗，并使此類(lèi)細(xì)胞產(chǎn)生葡萄糖和戊糖磷酸途徑 (ppp) 依賴(lài)性(如圖 2)[4,5]。因此，當(dāng)葡萄糖供應(yīng)限制，氧化還原力不足，slc7a11high 細(xì)胞內(nèi)的胱氨酸或其他二硫化物分子的異常積累，誘發(fā)二硫化物應(yīng)激觸發(fā)細(xì)胞死亡。
今年 2 月，甘波誼團(tuán)隊(duì)發(fā)表的 actin cytoskeleton vulnerability to disulfide stress mediates disulfidptosis 一文更加詳細(xì)闡明了這一死亡機(jī)制，研究表明肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架對(duì)二硫化應(yīng)激的敏感性介導(dǎo)了雙硫死亡 (disulfidptosis)，并提出了在癌癥治療中靶向二硫化的治療策略。
slc7a11-high 細(xì)胞獨(dú)'特細(xì)胞死亡方式
雙硫死亡是一種不同于鐵死亡，凋亡等的新型死亡方式，在 slc7a11high 細(xì)胞中，鐵死亡，凋亡，細(xì)胞壞死以及自噬抑制劑都不能挽救葡萄糖饑餓誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡(圖 3a-b), 但二硫應(yīng)激的還原劑，如二硫蘇糖醇 (dtt)、β-巰基乙醇 (2me) 和 tcep 可以抑制 slc7a11high 細(xì)胞中葡萄糖饑餓誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡 (圖 3d)。此外，硫醇氧化劑(二胺和馬來(lái)酸二乙酯)促進(jìn) slc7a11high 細(xì)胞在葡萄糖饑餓下的細(xì)胞死亡，并導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)二硫分子的急劇積累(如胱氨酸和谷氨酰胱氨酸，經(jīng)二胺處理后進(jìn)一步增加) (圖 3c)。透射電鏡分析顯示，在葡萄糖饑餓導(dǎo)致 slc7a11high 細(xì)胞種胱氨酸在細(xì)胞質(zhì)中積聚 (圖 3e)。以上結(jié)果表明二硫脅迫引起的細(xì)胞死亡，與鐵死亡，細(xì)胞凋亡等都不同，那么其特征到底是什么？
圖3.葡萄糖饑餓條件下的細(xì)胞死亡方式[5]
a. slc7a11-high 細(xì)胞的用 dfo, fer-1, z-vad, nec-1, nec-2 和 cq 處理后的細(xì)胞死亡情況。b. 過(guò)表達(dá) slc7a11 的細(xì)胞在無(wú)葡萄糖培養(yǎng)基中培養(yǎng)中用 z-vad, fer-1 和 tcep 處理時(shí)間。c. umrc6 細(xì)胞在含或不含 dtt, 2me 或 tcep的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。d. umrc6 細(xì)胞內(nèi)胱氨酸和谷氨酰胱氨酸的積累。e. umrc6 細(xì)胞的典型透射電鏡圖像。
雙硫死亡---與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架有關(guān)
作者團(tuán)隊(duì)假設(shè)，在葡萄糖饑餓條件下，slc7a11 高細(xì)胞的 nadph 消耗和二硫應(yīng)激的增加誘導(dǎo)氧化還原敏感蛋白中二硫鍵的生成(在正常條件下，細(xì)胞質(zhì)的還原環(huán)境阻止胞質(zhì)蛋白形成二硫鍵)，這可能會(huì)破壞相應(yīng)的氧化蛋白的活性或功能，從而損害細(xì)胞活力。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，作者團(tuán)隊(duì)對(duì)氨基酸進(jìn)行穩(wěn)定同位素標(biāo)記，量化葡萄糖饑餓誘導(dǎo)的 slc7a11high細(xì)胞中的二硫化物蛋白質(zhì)組改變(圖 4a)。正向和反向標(biāo)記分析確定了 90 個(gè)半胱氨酸位點(diǎn)。此外，基因本體分析表明，在葡萄糖饑餓誘導(dǎo)的二硫鍵的蛋白質(zhì)中，肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架和細(xì)胞粘附相關(guān)的生物過(guò)程或途徑顯著富集 (圖 4c)，作者團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了至少 17 個(gè)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白在葡萄糖饑餓后二硫鍵增加的頂級(jí)蛋白中 (圖 4b) 并且這些蛋白質(zhì)中的大多數(shù)包含二硫鍵的半胱氨酸位點(diǎn) (圖 4d-e)。這表明 slc7a11high 細(xì)胞中的葡萄糖饑餓可能誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白中的二硫鍵 (圖 4c)。
圖 4.葡萄糖饑餓條件下肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白中的二硫鍵形成[5]
a. 用于鑒定含二硫肽的方法正向和反向?qū)嶒?yàn)中含二硫肽的散點(diǎn)圖。c. 基因本體 (go) 富集分析。d. 含有二硫鍵的蛋白質(zhì)的不同含二硫半胱氨酸位點(diǎn)的數(shù)量的增加。
slc7a11-high 細(xì)胞的肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)
由于二硫鍵的形成會(huì)影響非還原條件下蛋白質(zhì)的電泳遷移率。作者團(tuán)隊(duì)檢測(cè)了肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白的遷移率，發(fā)現(xiàn)umrc6 細(xì)胞在葡萄糖饑餓后，多個(gè)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白表現(xiàn)出較慢的遷移，這表明這些肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白在葡萄糖饑餓條件下形成多個(gè)分子間二硫鍵(圖 5a)。
作者團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步研究葡萄糖饑餓后 slc7a11high細(xì)胞的肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)。在含糖培養(yǎng)基的slc7a11high 細(xì)胞中，肌動(dòng)蛋白絲 (f-肌動(dòng)蛋白) 主要在細(xì)胞皮質(zhì)和應(yīng)激纖維中；但葡萄糖饑餓會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞形態(tài)的顯著變化：細(xì)胞收縮和 f-肌動(dòng)蛋白收縮。f-actin 與膜染料 cellmask 共染色顯示，葡萄糖饑餓會(huì)導(dǎo)致 slc7a11high 細(xì)胞中 f-肌動(dòng)蛋白從質(zhì)膜分離(圖 5b-d)，并且葡萄糖饑餓誘導(dǎo)的這些細(xì)胞肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架形態(tài)的變化是slc7a11依賴(lài)性的(圖 5c)，胱氨酸饑餓 、2dg或2me(圖 5f)處理可以消除這種變化。葡萄糖饑餓誘導(dǎo)的 slc7a11 高細(xì)胞肌動(dòng)蛋白骨架蛋白異常二硫鍵可能導(dǎo)致隨后的 f-肌動(dòng)蛋白收縮和脫離質(zhì)膜。
圖 5.葡萄糖饑餓條件下，異常二硫鍵形成導(dǎo)致的肌動(dòng)蛋白動(dòng)力學(xué)[5]
a-b. 谷胱甘肽化 slc7a11-high 介導(dǎo)的胱氨酸攝取示意圖。c. wt 和 slc7a11-ko umrc6 細(xì)胞的無(wú)糖培養(yǎng)基中對(duì) f-肌動(dòng)蛋白進(jìn)行熒光染色。d. 無(wú)糖培養(yǎng)基中培養(yǎng)的細(xì)胞的 f-肌動(dòng)蛋白和膜進(jìn)行熒光染色。e. 含葡萄糖、無(wú)葡萄糖、葡萄糖和無(wú)胱氨酸 (?glc) 或無(wú)胱氨酸 (?glc) 培養(yǎng)基中培養(yǎng)，對(duì) f-肌動(dòng)蛋白進(jìn)行熒光染色。f. 2me 添加在含糖或無(wú)糖培養(yǎng)基中培養(yǎng)的細(xì)胞中 f-肌動(dòng)蛋白的熒光染色。
以上結(jié)果表明，slc7a11high細(xì)胞中，葡萄糖饑餓誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白的異常二硫鍵，f-肌動(dòng)蛋白以 slc7a11 依賴(lài)性的方式崩潰。新的死亡機(jī)制的鑒定促進(jìn)人們對(duì)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的基本理解，那 “雙硫死亡” 最大的意義何在？
雙硫死亡，研究的意義何在？
葡萄糖是糖酵解的起始物質(zhì)，由葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 (glut) 家族通過(guò)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)，靶向葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 (glut) 是是潛在癌癥治療干預(yù)的有趣靶點(diǎn)。
甘波誼團(tuán)隊(duì)等人在 2020 年的發(fā)表的文章中就發(fā)現(xiàn)高 slc7a11 表達(dá)的癌細(xì)胞對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 glut 抑制劑特別敏感。glut 抑制劑 kl-11743 或 bay-876 可有效抑制葡萄糖攝取，與葡萄糖饑餓情況相似。在 slc7a11 過(guò)表達(dá)細(xì)胞中，glut1 抑制劑處理增加 nadp+/nadph比值(圖 6a,b)，并在 umrc6 細(xì)胞中引發(fā)強(qiáng)烈的細(xì)胞死亡(圖 6c)。此外，glut 抑制會(huì)誘導(dǎo)二硫鍵的結(jié)合肌動(dòng)蛋白骨架蛋白和 f-肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)崩潰。
在動(dòng)物模型中，bay876 治療降低了 slc7a11high nci-h226異種移植瘤的生長(zhǎng) (圖 6d)，bay -876 處理的腫瘤表現(xiàn)出頻繁的細(xì)胞死亡(圖 6e)，bay-876 處理的腫瘤在肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架蛋白中表現(xiàn)出更多的二硫鍵結(jié)合。這些結(jié)果表明：glut 抑制劑誘導(dǎo) slc7a11high 癌細(xì)胞的雙硫狀態(tài)和細(xì)胞死亡，而癌細(xì)胞的雙硫死亡可能是介導(dǎo) glut 抑制劑治療slc7a11high腫瘤的治療效果的關(guān)鍵因素。
圖 6.glut 抑制劑誘導(dǎo) slc7a11 高表達(dá)細(xì)胞死亡[5]
a,葡萄糖攝取水平。b.nadp+/nadph比值c.死亡細(xì)胞的比例。bay-876 與dfo, fer-1，z-vad、 nec-1、nec-2 和 cq 在指'定濃度下處理 7h。d. nci-h226 異種移植模型中腫瘤體積隨時(shí)間的變化。e. nci-h226 異種移植物的重量以及 nci-h226 腫瘤區(qū)域的 he 染色和免疫組化染色。
■ 小結(jié)
作者團(tuán)隊(duì)研究結(jié)果表明在 slc7a11 高表達(dá)的情況下，葡萄糖饑餓限制 ppp 產(chǎn)生 nadph 會(huì)導(dǎo)致小分子二硫化物 (包括胱氨酸) 大量積累、引起一系列氧化還原缺陷和細(xì)胞死亡。
圖 7.雙硫死亡的機(jī)制圖
并且基于對(duì)雙硫死亡的機(jī)制理解，還發(fā)現(xiàn) glut 抑制誘導(dǎo)的雙硫死亡可能是治療slc7a11 高表達(dá)腫瘤的有效治療策略，這種腫瘤經(jīng)常發(fā)生在人類(lèi)癌癥中[6]。雙硫死亡這種細(xì)胞死亡機(jī)制的闡明為靶向治療癌癥提供一個(gè)關(guān)鍵框架。
相關(guān)產(chǎn)品
necrostatin-1 (nec-1)
一種有效的能透過(guò)血腦屏障的壞死性凋亡 (necroptosis) 抑制劑，necrostatin-1 (nec-1) 也是一種 (ido) 抑制劑。
rsl3 ((1s,3r)-rsl3)
谷胱甘肽過(guò)氧化物酶 4 (gpx4) 的抑制劑 (ferroptosis 激動(dòng)劑)，可降低 gpx4 的表達(dá)
ferrostatin-1 (fer-1)
有效的、選擇性的 ferroptosis 抑制劑。ferrostatin-1 是一種人工合成的抗氧化劑，通過(guò)還原機(jī)制來(lái)防止膜脂的損傷，從而抑制細(xì)胞死亡。具有抗真菌活性。
chloroquine
chloroquine 是自噬 (autophagy) 和 toll 樣受體 (tlrs) 的抑制劑。chloroquine 有效抑制 sars-cov-2 (covid19) 感染 (ec50=1.13 μm)。
deferoxamine (deferoxamine b)
鐵螯合劑 (結(jié)合 fe(iii) 和許多其他金屬陽(yáng)離子)，被廣泛用于減少鐵在組織中的積累和沉積。
staurosporine
凋亡誘導(dǎo)劑。是一種有效，atp 競(jìng)爭(zhēng)性的，非選擇性蛋白激酶抑制劑
2-deoxy-d-glucose
葡萄糖類(lèi)似物，為葡萄糖代謝抑制劑，通過(guò)作用于己糖激酶 (hexokinase) 來(lái)抑制糖酵解 (glycolysis)。
bay-876
一種具有口服活性的，選擇性的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 1 (glut1) 抑制劑，ic50 為 2 nm。bay-876 對(duì) glut1 的選擇性是 glut2，glut3 和 glut4 的 130 倍以上。
kl-11743
具有口服活性的葡萄糖競(jìng)爭(zhēng)性 i 類(lèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制劑，抑制 glut1，glut2，glut3 和 glut4 的 ic50 值分別為 115 nm，137 nm，90 nm 和 68 nm。kl-11743 特異性阻斷葡萄糖代謝。kl-11743 可與電子傳遞抑制劑協(xié)同誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。
參考文獻(xiàn)
1. wenxin song, et al. solute carrier transporters: the metabolic gatekeepers of immune cells. acta pharm sin b. 2020 jan;10(1):61-78.
2. xiaoguang liu, yilei zhang , li zhuang, et al. nadph debt drives redox bankruptcy: slc7a11/xct-mediated cystine uptake as a double-edged sword in cellular redox regulation . genes dis. 2020 nov 25;8(6):731-745.
3. takeo goji, et al. cystine uptake through the cystine/glutamate antiporter xct triggers glioblastoma cell death under glucose deprivation. j biol chem. 2017 dec 1;292(48):19721-19732.
4. xiaoguang liu, kellen olszewski, yilei zhang, et al. cystine transporter regulation of pentose phosphate pathway dependency and disulfide stress exposes a targetable metabolic vulnerability in cancer. nat cell biol. 2020 apr;22(4):476-486.
5. xiaoguang liu, litong nie, et al. actin cytoskeleton vulnerability to disulfide stress mediates disulfidptosis. nat cell biol. 2023 feb 6.
6. pranavi koppula, li zhuang, boyi gan. cystine transporter slc7a11/xct in cancer: ferroptosis, nutrient dependency, and cancer therapy. protein cell. 2021 aug;12(8):599-620.
國(guó)內(nèi)氣彈簧行業(yè)發(fā)展步伐不曾停止
山西：《畜禽屠宰“嚴(yán)規(guī)范 促提升 保安全”三年行動(dòng)實(shí)施方案(2023-2025年)》發(fā)布
阻火透氣帽FZT-1阻火通氣帽使用說(shuō)明與維修
新型微波熱泵復(fù)合烘干機(jī)變革熱敏性物料的干燥應(yīng)用
全組分痕量重金屬分析儀器開(kāi)發(fā)和應(yīng)用示范項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收
最新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞 “新” 型死亡方式｜MedChemExpress (MCE)
JCCRM511 注冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)膽紅素
關(guān)于管式分離機(jī)在使用過(guò)程中應(yīng)注意哪些問(wèn)題呢？
實(shí)驗(yàn)室小型凍干機(jī)設(shè)計(jì)和優(yōu)勢(shì)—樣品放置系統(tǒng)
運(yùn)行中的消防泵不可放任不管哦，還需要注意哪些方面呢？
PLA玉米淀粉可降解造粒機(jī)
生活污水處理設(shè)備中活性污泥法性能指標(biāo)的判斷
城市集中供熱保溫管網(wǎng)自動(dòng)化的運(yùn)行
龍門(mén)刨床主要結(jié)構(gòu)性能與特點(diǎn)
蘽根的功效與作用
隆瑞2680A噴霧器低容量消毒機(jī)養(yǎng)殖場(chǎng)滅蚊蟲(chóng)氣溶膠霧化
語(yǔ)言評(píng)估及訓(xùn)練系統(tǒng)/認(rèn)知評(píng)估/日常生活模擬
《固定污染源廢氣 氨的測(cè)定 便攜式可調(diào)諧激光法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)
德國(guó)海德漢LC493F/100nm/ML270/370/320mm光柵尺
COD恒溫消解器的不斷創(chuàng)新