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基础医学院王迪课题组《Developmental Cell》揭示GSDMD在组织稳态中生理功能并报道其新切割片段抑制溶酶体成熟的生物学功能

编辑:林海燕 来源:基础医学系 时间:2022年10月17日 访问次数:10  源地址

 GSDMD是近年发现的一种介导细胞焦亡(pyroptosis)的成孔蛋白。巨噬细胞在受到病原相关分子模式(PAMPs)和损伤相关分子模式(DAMPs)的刺激下,通过GSDMDN端切割产生p30片段进而引发细胞焦亡和炎症,以邵峰院士为首的中国学者在该领域做出了一系列重要的开创性工作。值得注意的是,生理状态下GSDMD在多种组织器官中存在组成性表达,GSDMD是否存在非焦亡的生理功能,以及除了p30以外是否存在其他功能性切割片段也成为领域内的重要科学问题并引起大家的关注

 王迪团队前期研究发现,肠道中的GSDMD通过促进杯装细胞粘液分泌并形成粘液层从而参与肠道的稳态调控。经典的GSDMD焦亡功能往往在炎症性的巨噬细胞中发生,但是在不同组织中同样存在着功能多样的组织定居型巨噬细胞tissue-resident macrophages),这些特化的巨噬细胞类型对不同器官组织的稳态调控同样至关重要。例如在RANKL的刺激下,单核巨噬细胞会分化成为骨髓当地的组织定居型巨噬细胞——破骨细胞osteoclasts),通过释放成熟溶酶体(secretory lysosomes)中的氢离子和多种蛋白酶对骨基质进行降解并促进骨吸收。

       20221014日,tyc1286太阳集团(中国)歡迎您基础医学院王迪教授联合tyc1286太阳集团(中国)歡迎您医学院附属邵逸夫医院骨科范顺武教授和林贤丰博士团队在发育生物学权威期刊《Developmental Cell》杂志共同发表了题为Gasdermin D maintains bone mass by rewiring the endo-lysosomal pathway of osteoclastic bone resorption的研究论文。首次发现在组织定居型巨噬细胞-破骨细胞中GSDMD发生切割并产生p20片段(非经典的促焦亡p30),并通过定位在早期内体(early endosomes)上调控溶酶体(lysosomes)的成熟分泌进而维持机体骨稳态。同时提出一种假设,GSDMD在生理状态下可能在一些特化型分泌细胞中参与特定囊泡的运输和分泌过程



 研究人员首先在破骨细胞中检测到了GSDMDp20切割及其寡聚化条带,并证实其切割过程依赖于RIPK1/FADD/Caspase-8/Caspase-3且不诱发细胞焦亡。进一步研究发现,Caspase-8Caspase-3GSDMD缺失都会显著增强破骨细胞的骨吸收功能,但对巨噬细胞向破骨细胞的分化没有影响。

 此外,通过micro-CT及组织学评估,GSDMD缺失导致小鼠骨量的显著下降,且在雌性小鼠卵巢切除(OVX)与衰老(Aging)两种模型中,GSDMD的缺失同样加剧了骨丢失。为进一步研究GSDMD如何影响破骨细胞的功能,研究人员进行了蛋白质组测序、透射电镜、溶酶体酶活及酸化试验等一系列功能性实验,发现GSDMDp20片段主要影响了破骨细胞中内体-溶酶体的成熟过程。


 机制研究上,研究人员通过共聚焦显微镜成像及磷脂膜-蛋白结合等研究手段发现GSDMD p20在胞质中与早期内体共定位,并能够特异性结合早期内体膜磷脂——3-磷酸磷脂酰肌醇(PtdIns(3)P)。3-磷酸磷脂酰肌醇(PtdIns(3)P)向3,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PtdIns(3,5)P2)转化是驱动早期内体向晚期内体/溶酶体转化的关键步骤,而GSDMD p20通过结合PtdIns(3)P抑制这一过程从而对内体-溶酶体途径以及下游溶酶体的成熟与分泌进行控制。此外,通过GSDMD结构模拟并设计点突变对p20功能进行评估,研究人员还发现,GSDMD p20调控内体-溶酶体途径的功能很大程度上依赖于p20的寡聚化。


 综上所述,GSDMD p20片段通过结合PtdIns(3)P调控内体-溶酶体途径,从而调节破骨细胞的骨吸收功能。这一功能依赖于GSDMD p20的寡聚化及其对PtdIns转化的调控。这些发现揭示了GSDMD p20在调控组织稳态中的新功能,并拓宽了对GSDMD在不同生理条件、不同细胞类型、不同切割产物(示意图中蒲公英的不同花瓣)的全面认识。


 tyc1286太阳集团(中国)歡迎您基础医学院免疫学系王迪教授、tyc1286太阳集团(中国)歡迎您医学院附属邵逸夫医院范顺武教授、林贤丰博士为本文的通讯作者,博士研究生李墨白杨德航为本文共同第一作者。该研究得到了tyc1286太阳集团(中国)歡迎您基础医学院杨帆教授、中科院上海巴斯德所刘星研究员等课题组的大力支持与帮助。


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