Открыты новые механизмы активации гастерминов без расщепления
Пироптоз — это тип запрограммированной гибели клеток, опосредованный семейством белков гастерминов (GSDM), которые играют важную роль в защите организма от инфекций, устранении аномальных или вредных клеток и других процессах. GSDM — это эволюционно консервативный класс поробразующих белков, широко распространённых среди бактерий, грибов, беспозвоночных и всех позвоночных.
Обычно GSDM имеют аутоингибированную двухдоменную структуру. Протеолитическое расщепление считается универсальным механизмом активации всех GSDM. Было неизвестно, существуют ли другие механизмы активации, кроме расщепления протеазами.
В исследовании, опубликованном в Science, учёные под руководством профессора Дин Цзиньцзиня из Института биофизики Китайской академии наук и профессора Шао Фэна из Национального института биологических наук раскрыли новые механизмы активации без расщепления для двух типов белков GSDM из низших эукариот.
С помощью обширного анализа гомологии последовательностей исследователи сначала идентифицировали белок GSDM у базального многоклеточного Trichoplax adhaerens (TrichoGSDM), который содержит только поробразующий домен. Характеристика очищенного TrichoGSDM показала, что этот белок существует в двух состояниях: мономер и гомодимер, причём только мономерный белок способен формировать поры на липосомах.
Структурный и биохимический анализ показал, что гомодимер, связанный дисульфидной связью, представляет собой аутоингибированное состояние TrichoGSDM. Активация до мономерного состояния происходит при восстановлении дисульфидных связей, после чего белок олигомеризуется и формирует поры в клеточной мембране, вызывая пироптозоподобную гибель клетки. Этот новый механизм активации, обнаруженный у TrichoGSDM, является первым в своём роде во всём семействе GSDM.
Кроме того, исследователи изучили другой тип GSDM, содержащий только поробразующий домен, — белок RCD-1, недавно идентифицированный у нитчатого гриба Neurospora crassa. RCD-1 включает два гомологичных белка, RCD-1-1 и RCD-1-2, в разных штаммах, которые управляют гибелью грибковых клеток, индуцированной аллораспознаванием.
Они обнаружили, что связанные с мембраной белки RCD-1 находятся в неактивном состоянии покоя. Однако при слиянии клеток разных штаммов два белка RCD-1 взаимодействуют друг с другом и собираются в гетеродимер посредством специфического межмолекулярного распознавания, далее формируя гетероолигомерные поры в клеточной мембране, что приводит к пироптозоподобной гибели клеток.
В этом исследовании TrichoGSDM и RCD-1 представляют два типа GSDM, содержащих только поробразующий домен, которые происходят от простых и древних эукариот и используют различные механизмы активации без расщепления.
TrichoGSDM — это аутоингибированный дисульфид-связанный димер, активируемый восстановлением дисульфидных связей, что предполагает функцию, чувствительную к редокс-состоянию. Активность порообразования RCD-1 стимулируется гетеро-распознаванием между RCD-1-1 и RCD-1-2 из генетически несовместимых штаммов грибов, что лежит в основе гибели клеток, индуцированной аллораспознаванием, у N. crassa.
Разнообразные механизмы активации показывают, что белки GSDM могут реагировать на широкий спектр физиологических сигналов и участвовать в множестве биологических процессов. Более того, эти белки GSDM, содержащие только поробразующий домен, обладают потенциалом для разработки в качестве новых инструментов для индукции гибели клеток, не зависящей от протеолитического расщепления, что облегчит фундаментальные и трансляционные исследования, связанные с пироптозом.