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 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。
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]
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。
■ 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。
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)
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