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陳樞青課題組與哈佛醫學院合作研究成果在Cell發表

編輯:周舒影 來源:學院新聞 時間:2019年03月01日 訪問次數:1760  源地址

201931日,藥學院陳樞青課題組與合作者哈佛醫學院James J。 Chou教授、Hao  Wu教授(美國科學院院士)在Cell (細胞)在線發表了題為“Higher-Order Clustering of the Transmembrane Anchor of DR5 Drives Signaling”的研究論文。該研究首次揭示了死亡受體5Death Receptor 5, DR5)在激活后其跨膜區(transmembrane domain, TMD)高度聚集(clustering),并直接激活下游的細胞凋亡通路。此外,該研究還提出DR5的胞外區(ectodomain, ECD)在DR5激活前起到自我抑制(auto-inhibition)作用,阻止DR5 TMDclustering傾向,從而防止受體由于TMD clustering而自動激活。因此,該研究成功解釋了部分二聚(dimeric)的抗體或單體(monomeric)的抗體片段為何能夠像三聚體的DR5配體(TRAIL)那樣激活DR5,而且其中某些DR5上的抗體表位(epitope)與TRAILDR5上的結合位點完全不同。此外,TNFR家族包含了許多重要的免疫受體,比如TNFR2OX40等,它們的TMDDR5相似,均擁有GXXXG motif,可促進TMDclustering。因此,該研究提出了全新的TNFR家族受體的信號傳遞機制,闡明了單次跨膜TMD在信號傳遞過程中的重要作用,同時對于目前火熱的免疫治療具有積極的理論指導意義。

DR5是極具潛力的抗腫瘤藥物靶點,它在多種腫瘤細胞中高表達,而在正常細胞中表達量相對較低,且可在被激活后誘導細胞凋亡。DR5的配體TRAILTNF-related Apoptosis-inducing ligand, 腫瘤壞死因子凋亡誘導配體)和激動型單克隆抗體因此成為理想的靶向廣譜抗腫瘤蛋白藥物。然而,DR5的激活機制尚無定論,目前較為主流的學說為DR5 ECD同時負責與TRAIL三聚體結合和后續的clusteringDR5胞內的死亡結構域(Death domain, DD)起到協同聚集作用,促進DR5受體超聚集,從而快速傳遞、放大細胞凋亡信號,DR5 TMD則通常被認為僅僅起到錨定(anchor)在細胞膜上的作用。該研究通過液相核磁共振、多肽同位素標記等技術單獨對DR5 TMD進行深入研究,意外發現DR5 TMD單體含有兩個作用界面(interface),意味著DR5 TMD在沒有外界阻力的情況下傾向于高度聚集。DR5 TMD上存在多個三聚體(trimerinterface關鍵氨基酸位點:T219/V218A222/V223I226/L225,以及兩個二聚體(dimerinterface關鍵氨基酸位點:G213G217GXXXG motif)。該研究利用活細胞成像、細胞生物學等技術證實,突變trimer 或者dimer interface關鍵氨基酸位點可顯著影響DR5在細胞膜上的clustering以及凋亡信號傳遞,表明TMD clusteringDR5受體的信號傳遞的必要條件之一。該研究隨后利用TEV酶原位切除活細胞上的DR5 ECD,發現DR5 TMD可隨即形成cluster(激光共聚焦顯微鏡證實),進而激活下游caspase級聯反應,傳遞細胞凋亡信號,表明TMD clustering可直接驅動凋亡信號傳遞,且該過程被DR5 ECD所抑制。該研究創新性的展現了DR5受體跨膜區高度聚集的特性和分子機制,及其在信號傳遞中的重要作用,進而提出了DR5激活的新機制,為DR5激動型靶向抗腫瘤藥物的研發提供了思路和理論指導。

該研究還發現TNFR家族的其他重要免疫受體也存在TMD clustering,通過酶切方式原位切除TNFR2OX40 ECD均可激活下游NF-KB通路,表明TMD clusteringTNFR家族受體中是一種較為普遍的信號傳遞調控機制,且有望推導至其他受體的信號傳遞過程。因此,該研究為單克隆抗體、雙/多特異性抗體激活、調控免疫受體提供了新的理論支持,有望推動基于抗體的免疫治療,使其效果并肩CAR-TTCR-T等基因改造免疫細胞療法。

該研究論文第一作者潘利強博士為哈佛醫學院博士后,曾在陳樞青教授課題組開展基于DR5配體TRAIL的新型靶向抗腫瘤藥物設計和機制研究,該研究論文是其在新寶3注冊登錄就讀博士期間所做課題的進一步研究成果。該研究論文的其中一位共同第一作者為陳樞青教授課題組博士研究生趙文彬,另兩位共同一作分別為Hao Wu院士的博士后Tianmin Fu博士和James J。 Chou教授的博士后Linlin Zhao博士。該研究論文的通訊作者為陳樞青教授、Hao Wu院士和James J。 Chou教授。此項研究的部分工作獲得了國家重點研發計劃精準醫學研究重點專項(2017YFC0908600)的支持。




  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.02.001