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国自然研究双热点:细胞花式死法之铁死亡+PD-L1(下)

分享一篇近期发表在《美国科学院院报》(PNAS)杂志上关于泛素化相关基因靶向铁死亡提高肿瘤免疫治疗机制的论文:USP8与谷胱甘肽过氧化物酶4 ( GPX4 )相互作用并使其去泛素化,导致GPX4的稳定。在体外细胞实验抑制USP8可以使GPX4去稳定化,增强癌细胞对铁死亡的敏感性。USP8抑制联合铁死亡诱导剂可延缓肿瘤生长并增强CD8+T细胞浸润,从而增强体内抗PD-1免疫治疗的肿瘤反应。

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实战分析:肿瘤免疫治疗中的铁死亡

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2024年4月10日,武汉大学医学研究院、免疫与代谢前沿科学中心、中南医院以及泰康生命医学中心张金方课题组在PNAS杂志在线发表了题为USP8-governed GPX4 homeostasis orchestrates ferroptosis and cancer immunotherapy的研究论文。

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图1 USP8-governed GPX4 homeostasis orchestrates ferroptosis and cancer immunotherapy

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细胞功能研究

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  1. 抑制USP8增加肿瘤细胞对铁死亡的敏感性,过表达USP8可以抑制铁死亡。
  2. USP8抑制剂联合铁死亡诱导剂抑制肿瘤增殖
  3. USP8抑制剂联合铁死亡诱导剂改善PD-1/PD-L1阻断抗体的治疗效果。

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机制研究

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中心思路:USP8是否可以调节铁死亡通路中关键蛋白的表达
筛选验证下游的蛋白分子: USP8影响GPX4蛋白的稳定性
  1. 敲低USP8 WB和qPCR检测铁死亡相关靶点GPX4的蛋白表达与RNA表达。
  2. 铁死亡抑制可抑制GPX4的蛋白表达。
  3. 放线菌酮(CHX)实验敲低USP8缩短GPX4蛋白的半衰期。
蛋白互作验证
  1. Co-IP实验和GST pulldown验证USP8与GPX4互作。
  2. 构建USP8不同的突变体 Co-IP实验检测USP8与GPX4蛋白结合的具体位置。
  3. Co-IP分析USP8如何影响GPX4蛋白的稳定性。
  4. 构建不同的泛素化位点突变体进行Co-IP分析, USP8去除GPX4蛋白泛素化的具体位点。
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        图2 USP8影响GPX4蛋白的稳定性
 
(1)初步确定下游的蛋白分子
 
通过WB检测铁死亡相关蛋白,发现敲低USP8显著降低GPX4蛋白的表达(图2 A-B)。同样抑制剂能降低GPX4的蛋白水平(图2C-D)
 
放线菌酮(CHX)试验表明,敲低USP8缩短GPX4蛋白的半衰期(图2E),表明USP8可能作为一种去泛素化酶在翻译后水平调节GPX4的蛋白丰度。
 
蛋白酶体介导的降解系统和自噬-溶酶体系统是调控蛋白质稳态的两大系统。而实验表明蛋白酶体抑制剂MG132挽救了敲减USP8介导的GPX4不稳定,而溶酶体抑制剂巴弗洛霉素A1 (BafA1)和氯喹(CQ)则无此作用(图2G),表明USP8介导的GPX4稳态调节取决于蛋白酶体系统。
 
(2)Co-IP分子互作机制验证
 
为了探索USP8与GPX4是否互作,进行内源Co-IP实验和GST pulldown实验,发现USP8与GPX4互作(图2 H-I)。
 
Co-IP分析发现,USP8能降低GPX4的泛素化水平,而酶非活性突变体USP8-c786a则不能去除GPX4的泛素链,表明USP8通过其去泛素化酶活性去除GPX4的泛素化(图2J)

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动物实验

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  1. USP8的特异性敲除导致小鼠寿命缩短,肠上皮细胞死亡增加。
  2. USP8杂合缺失小鼠可抑制结直肠肿瘤发生发展。

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小结

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USP8通过稳定GPX4抑制广泛的脂质过氧化和铁死亡的生理作用,并强调了靶向USP8-GPX4轴作为增强抗PD-1免疫治疗疗效的潜在策略。
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