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銅死亡背景
2022年3月在Science期刊發表的Copper induces cell death by targeting lipoylated TCA cycle proteins揭示了銅離子過載會導致細胞死亡,細胞銅穩態失衡,銅離子直接結合三羧酸循環酯?;鞍?,FDX1/LIAS介導的LA pathway(硫辛酸途徑)誘導硫辛酸化修飾的DLAT(丙酮酸脫氫酶復合物關鍵組分)發生寡聚化,從而使三羧酸循環代謝失常,引發細胞蛋白質毒性應激,導致細胞死亡。該研究表明,銅死亡與三羧酸循環代謝途徑是有直接聯系的。
圖1. 銅離子過載引起DLAT寡聚化導致細胞死亡
三羧酸循環關鍵酶的背景介紹
三羧酸循環是生物體能量代謝的重要核心部分,通過三羧酸循環中蛋白酶體將葡萄糖、脂肪酸、氨基酸轉化為NADH、FADH,通過ETC(電子傳遞鏈)生成ATP。其中酶催化反應中存在多種硫辛?;傅鞍?,Tsvetkov等研究中表明帶硫辛酸基團的蛋白容易與亞銅離子發生結合,而哺乳動物中硫辛?;揎椀鞍字饕兴姆N,DBT(支鏈α-酮酸脫氫酶復合體組分)、GCSH(甘氨酸裂解系統蛋白H)、DLST(α-酮戊二酸脫氫酶復合體組分)、DLAT(丙酮酸脫氫酶復合體組分),其中DLAT是三羧酸循環代謝過程中丙酮酸脫氫酶復合體重要組成部分,丙酮酸脫氫酶將丙酮酸轉化生成乙酰輔酶a,乙酰輔酶a則會參與三羧酸循環。
三羧酸循環紊亂導致細胞銅死亡
圖2. 銅過載引起硫辛?;鞍坠丫郏瑥亩绊懠毎人嵫h
TCA蛋白的脂?;c銅死亡
蛋白翻譯后修飾是蛋白功能調節的方式之一,研究發現硫辛?;鞍着c銅離子相互作用是銅死亡過程中的核心事件。銅死亡中FDX-1蛋白扮演重要角色,它負責銅離子的還原和多種蛋白的脂?;揎棧;↙ipoylation)是存在于線粒體中特別擁有的翻譯后修飾,該過程依賴于線粒體中的硫辛酸(Lipoic acid,LA),脂酰化過程中硫辛酸與蛋白質的賴氨酸殘基以共價鍵的方式結合。三羧酸循環中存在多種硫辛脂酰化的修飾蛋白, 如丙酮酸脫氫酶(Pyruvate dehydrogenase,PDH)和α-酮戊二酸脫氫酶(α-ketoglutarate dehydrogenase,α-KDH)。這些蛋白酶復合體的酶活性依賴于酶組分中的蛋白翻譯后修飾。研究表明,FDX1基因缺失的細胞模型中丙酮酸與α酮戊二酸出現代謝積累,抑制PDH和α-KDH的脂酰化過程,導致丙酮酸或酮戊二酸轉化減少,引起葡萄糖代謝發生障礙 。因此當銅離子過載時,銅離子與TCA循環中的硫辛脂酰化蛋白結合從而導致細胞死亡。
圖3. 幾種重要的硫辛脂?;鞍?/p>
綜上,三羧酸循環是調控銅死亡的重要通路,主要原因為銅離子通過結合硫辛脂?;娜人嵫h酶蛋白組分,從而出現寡聚化,影響三羧酸循環代謝通路,導致細胞代謝失衡,出現蛋白質應激毒性,最終導致細胞死亡。
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