Lipidation小GTPase Cdc42调节器的生理和病理生理功能
亚历山大Wirth
普Ponimaskin- 细胞神经生理学,汉诺威医学院、德国汉诺威
蛋白质细胞分裂周期42 (Cdc42)是一个小GTPaseρ家族的调节生理功能的大量组织细胞和subcellular-specific方式通过参与多个信号通路。从相应的信号中心主要是沿着细胞膜组织,胞质蛋白像Cdc42需要正确地目标和举行的膜。这里,脂质修改发挥作用:Cdc42可以关联到不同的脂质膜锚包括prenylation (Cdc42-prenyl)和棕榈酰化(Cdc42-palm)。虽然Cdc42-prenyl广泛表达,Cdc42-palm剪接变异主要表现在大脑中。机制Cdc42 lipidation及其监管是本文的主题。此外,我们将讨论的功能重要性Cdc42脂质修饰的着重点不同油脂的作用在调节Cdc42定义函数。最后,我们将概述可能的实现Cdc42 lipidation在病理条件下和不同的疾病。
Cdc42剪接变异体的结构和分布
蛋白质的细胞分裂周期42 (Cdc42)最初从胎盘膜纯化在隔离的小分子量三磷酸鸟苷水解蛋白(埃文斯et al ., 1986)。这种蛋白质被称为Gp(Gp=胎盘G蛋白)。当后来人员研究细胞周期事件之间的相互作用(如DNA复制)和胞质/膜事件(例如,出芽)酵母酿酒酵母,他们发现了一个突变体,能够继续DNA合成和核分裂,而味蕾被阻塞的出现。负责基因被任命为CDC42,相对于另一个budding-involved基因,即CDC24 (亚当斯et al ., 1990)。同年,Shinjo等人孤立的cDNA克隆Gp(或G25K),发现最高程度的序列与CDC42身份(超过80%)。因此,相应的指定Cdc42Hs人类胎盘蛋白。使用不同的探测器,作者不仅Cdc42Hs孤立cDNA,但是还发现另一个蛋白质的大小相同,但是不同的c端序列(Gp”),认为这些可能是另一个阅读框在同一个基因(Shinjo et al ., 1990)。
今天,我们知道这两个互补是指两个或者拼接亚型Cdc42映射在人类染色体1 p36.1 (妮可et al ., 1999)和小鼠的染色体4 (标志与Kwiatkowski, 1996年)。第一个同种型也称为G25K, Gp, Cdc42a, Cdc42-prenyl, Cdc42E7, Cdc42u或Cdc42-v1,而其中的Gp”,Cdc42E6 Cdc42-palm Cdc42b、bCdc42 Cdc42-v2。为了简化阅读,我们将标志着第一个同种型Cdc42-prenyl和第二个Cdc42-palm进一步的文本。CDC42基因由7个外显子,最后可以另外两个外显子拼接(图1;标志与Kwiatkowski, 1996年;妮可et al ., 1999;Yap et al ., 2016)。共同Cdc42结构包括五个α-helices 6β-strands和两个高度移动的开关切换我地区居住的地区α1和β2之间循环,和第二开关区域内β3和β4循环(图1)。这些地区是重要的底物识别和交互P-loop一起,也参与绑定鸟嘌呤核苷酸的磷酸基。虽然三磷酸鸟苷的结构和蛋白Cdc42并不显著不同,效应物蛋白仍然能够绑定到表单,激活诱导第二开关我和开关循环内构象的变化,导致下游信号的起始(菲利普斯et al ., 2008)。
图1。结构的示意图表示Cdc42或者拼接外显子以及蛋白质和脂类的修改。两个灵活的切换区域用黄色突出显示。的两个不同的c终端Cdc42-palm(红色背景)和Cdc42-prenyl(蓝色背景)亚型连同他们的可能的翻译后脂质所示修改。DHHC,棕榈酰acyl-transferase窝藏cysteine-rich域包含一个守恒DHHC (Asp-His-His-Cys)主题;简称ftis治疗;GGTase geranylgeranyltransferase。
初步分析由标志等人发现Cdc42-prenyl广泛分布在多个组织包括子宫、胸腺,肠道,肾和肺,而Cdc42-palm表达式是局限于大脑,表示在相对低的水平(这对碘氧基苯甲醚图2;标志与Kwiatkowski, 1996年)。在随后的研究中,Olenik和他的同事们调查的表达式Cdc42发展中老鼠neocortices亚型。他们表明Cdc42-prenyl本地化扩散区,而Cdc42-palm仅限于皮质加工区在神经元分化和解决,但是不要扩散了(Olenik et al ., 1999)。最近的一项研究通过Yap等人阐明监管机制的可变剪接CDC42发展中胚胎干细胞的基因转录,区分成glutamatergic神经元以及海马神经元(Yap et al ., 2016)。他们报道polypyrimidine tract-binding蛋白1 (Ptbp)端依赖连接开关,导致生产等量的Cdc42-palm Cdc42-prenyl成绩单从天在体外7起神经元,但不是星形胶质细胞。最近的一项研究Ciolli Mattioli和他的同事们证明Cdc42-prenyl mRNA mESC-derived和初级皮层神经元的神经突是丰富的。相比之下,mRNA转录的Cdc42-palm同种型主要是局部细胞somata (Ciolli Mattioli et al ., 2019)。这样划分Cdc42-prenyl和Cdc42-palm拼接变异似乎也保存在周围神经系统。事实上,Cdc42-prenyl mRNA已被证明是特别丰富的背根神经节感觉神经元的轴突(李et al ., 2021)。相比之下,康和他的同事报道两种亚型在培养海马神经元的树突定位(康et al ., 2008)。他们也表明GFP-tagged Cdc42-prenyl分布在整个树突,包括脊柱和系统结构,而Cdc42-palm仅限于树突棘。
图2。的示意图表示的分布和功能Cdc42-palm(红色背景)和Cdc42-prenyl(蓝色背景)亚型。mTORC1,哺乳动物雷帕霉素靶复杂1;IL,白介素;NF-κB,核因子kappa-light-chain-enhancer激活B细胞。
值得注意的是,我们对双方的生理功能的理解Cdc42亚型仍然是不完整的。的全部删除Cdc42在E6.5生殖系embryonically是致命的,它指向它的生物相关性(陈et al ., 2000)。有条件删除Cdc42发展中皮层的老鼠在E9.5原因定位错觉由于粘合连接处并且失踪的细胞极化,通常由Cdc42-Par维护复杂的相互作用(Cappello et al ., 2006)和一个telencephalon-specific淘汰赛导致大脑两半球holoprosencephaly-a不完整的分岔(陈et al ., 2006)。
Cdc42剪接变体:有什么不同吗?
在蛋白质水平,Cdc42亚型不同c端氨基酸序列:Cdc42-palm具有非规范CCaX主题(CCIF;C是半胱氨酸,较好的脂肪族氨基酸和X是任何氨基酸),而Cdc42-prenyl终止了CaaX箱(CVLL) (Shinjo et al ., 1990)。另外,可变剪接的外显子6和7的结果改变多元地区(PBR)和交换赖氨酸在163位置(精氨酸图1)。而Cdc42-prenyl熊di-lysine di-arginine图案由一个丝氨酸(-KKSRR -),分开Cdc42-palm的PBR仅由lysine-arginine-lysine (-KRK)主题(图1;标志与Kwiatkowski, 1996年)。多元的地区参与多种生物学过程,特别是在蛋白质相互作用。此外,PBR-motifs似乎起到关键作用的膜排序,包括定位在不同膜隔间(例如,质膜和endo-membranes)了威廉姆斯,2003)。
di-lysine主题(赖氨酸- 183和赖氨酸- 184)在Cdc42-prenyl已被证明是参与交互的Cdc42-prenylγCOP外套蛋白的亚基(COPI)复杂,作用在调节细胞内交易(吴et al ., 2000)。Cdc42-prenyl di-arginine主题(即。,参数arg - 186和- 187)是负责协会与磷脂酰肌醇4所示,5-bisphosphate,与同种型诱发致癌的能力转换(Johnson et al ., 2012)。相比之下,多元序列赖氨酸- 185,在Cdc42-palm arg - 186,赖氨酸- 187 (图1)导致本地化的同种型磷脂酰肌醇(3、4、5)三磷酸microdomains (Endo和Cerione, 2022),它可以作为一个肿瘤抑制,至少在卵巢癌细胞(他et al ., 2015年)。另一个结果的可变剪接CDC42基因转录的规范核本地化序列KKSR专门在Cdc42-prenyl同种型(威廉姆斯,2003)。
Cdc42 prenylation
基于序列同源性Cdc42和Ras蛋白的糖基,约翰逊和普林格尔预测,Cdc42-prenyl可能进行转译后的prenylation (约翰逊和普林格尔,1990年)。蛋白质prenylation是一个不可逆转的翻译修饰,参与本地化的规定,功能,和多个小gtpase蛋白质-蛋白质之间的关系,包括Ras总科(张和凯西,1996年)。Prenylation意味着共价连接的金合欢(15个碳原子)或geranylgeranyl(20个碳原子)类异戊二烯组由不同prenyltransferases催化,包括治疗(简称ftis) geranylgeranyltransferase I型(GGTase-I) Rab geranylgeranyltransferase (GGTase-II)和geranylgeranyltransferase类型III (GGTase-III) (Marchwicka et al ., 2022)。异戊二烯导数与c端CaaX-box的半胱氨酸残基通过不可逆转的硫醚键(凯西和Seabra, 1996)。一般来说,prenylated蛋白深加工的胞质面内质网(ER)通过一个两步过程:1)削减Ras羧基CAAX最后三个氨基酸的肽链内切酶(RceI),和2)新暴露的prenylated半胱氨酸残基的甲基化isoprenylcysteine羧基O-methyltransferase (Icmt) (Garcia-Mata et al ., 2011)。Isoprenylation Cdc42-prenyl的实验证实了马耳他和谢里丹培养小鼠红白血病细胞(MEL)后放射性标签[³H]甲羟戊酸(马耳他和谢里丹,1990)。后来,半胱氨酸残基188 Cdc42-prenyl被确认为prenylation网站(齐曼et al ., 1993)。同一作者还演示了再分配Cdc42-prenyl胞质分数在GGTaseI在酵母突变菌株,并得出结论,Cdc42-prenyl优先geranylgeranylated。这一发现也适用于人类Cdc42-prenyl, prenylation完全被抑制的GGTaseI (威尔逊et al ., 1998)。有趣的是,我们还和其他报道称Cdc42-palm拼接变体可以接受prenylation (Nishimura林德,2013;Wirth et al ., 2013)。我们的研究和实验西村和他的同事透露,至少有一小部分Cdc42-palm可以绕过肽链内切酶乳沟carboxymethylation,导致双重lipidated Cdc42-palm。在这种情况下,半胱氨酸残基188成为geranylgeranylated,而半胱氨酸残基189经历棕榈酰化(Nishimura林德,2013)。
一个额外的观察我们的研究是可以修改Cdc42-palm GGTaseI和简称ftis相似的效率,因此可能接受C15和甜类异戊二烯(图1)。一个可能的原因为不同的类异戊二烯Cdc42-prenyl患病率和Cdc42-palm可以在c端氨基酸序列的差异。事实上,组成的CaaX箱已被证明是非常参与的决心prenylation反应的本质。c端CaaX主题Cdc42-prenyl包含CVLL氨基酸,亮氨酸在最后GGTaseI负责其优惠prenylation职位。相比之下,简称ftis可以接受多个氨基酸在最后的位置CaaX主题(摩尔et al ., 1991)。这可能是一个原因,为什么Cdc42-palm的c端尾(CCIF)是被GGTaseI和简称ftis。
Cdc42棕榈酰化
已经1996年,马克和他的同事推测,由于他们c端之间的差异CaaX不同的图案Cdc42-palm和Cdc42-prenyl lipidated (标志与Kwiatkowski, 1996年)。这个建议只是实验证实了在2008年,康和同事表明Cdc42-palm palmitoylated (康et al ., 2008)。作者展示了Cdc42-palm棕榈酰化,在培养大鼠胚胎大脑皮层神经元以及纯化synaptosomal膜分数从整个成年老鼠大脑中提取。此外,使用培养皮层神经元模型,他们表明,棕榈酰化Cdc42-palm是一个动态的修改。
西村和同事证实这个发现和分析脂质修饰的CCaX盒子的详细Cdc42-palm。从他们的实验中,他们得出的结论是,Cdc42-palm得到第一次prenylated半胱氨酸残基188紧随其后的是棕榈酰化半胱氨酸残基189 (Nishimura林德,2013)。西村和他的同事们也表明,在抑制prenylation棕榈酰化也在下降,表明prenylation半胱氨酸- 188可能需要后续的棕榈酰化的半胱氨酸- 189 (Nishimura林德,2013)。同时,我们研究了棕榈酰化的brain-specific Cdc42-palm同种型,发现两个半胱氨酸残基,半胱氨酸- 188和半胱氨酸- 189,可以palmitoylated (Wirth et al ., 2013)。在西村的数据相比,我们表明,棕榈酰化的Cdc42-palm GGTase抑制剂的存在显著增加,指着半胱氨酸- 188接受修改的能力与棕榈酸酯(Wirth et al ., 2013)。双脂质修饰prenylation和棕榈酰化之前被证实Rac1以及几个Ras蛋白家族的成员,包括n - h (Brunsveld et al ., 2009)。然而,在所有这些蛋白质中的半胱氨酸残基CaaX主题仅prenylated, palmitoylated半胱氨酸残基本地化上游的CaaX盒子。此外,aaX序列应该进行methylation-mediated减少蛋白质palmitoylated之前。因此,Cdc42-palm代表独特的例子与半胱氨酸残基188修改prenylation或棕榈酰化,而palmitoylated半胱氨酸189驻留在非典型的CaaX盒(CCIF),因此应该绕过甲基化切除(图1)。
我们发现Cdc42-palm可以接受双重lipidation表明两个细胞的Cdc42-palm种群的存在。第一个可能由Cdc42-palm prenylated在半胱氨酸188和半胱氨酸palmitoylated 189。在第二个人口,可能palmitoylated两个半胱氨酸残基。prenylated人口可能出现188年最初的修改半胱氨酸通过GGTaseI或简称ftis。这将导致增加膜的亲和力,从而促进半胱氨酸的棕榈酰化189年由特定的棕榈酰acyl-transferases(拍),它驻留在高尔基体舱或等离子体膜(见下文)。自从Cdc42-palm CCIF序列代表一个非规范CaaX主题,Cdc42-palm的一部分不会被prenylating酶,导致两个半胱氨酸残基的棕榈酰化(即。半胱氨酸- 188和半胱氨酸- 189)。因为prenylation和棕榈酰化有不同的亲和力为脂质影响(罗伊et al ., 2005),也因此目标Cdc42-palm不同膜子域、双重lipidation可以代表一种机制来调节Cdc42-palm的细胞内的分布和功能。
最近,我们进行了一个详细的分析的棕榈酰化化学计量Cdc42-palm亚型运用acyl-PEGyl交换凝胶转变(APEGS)化验(Kanadome et al ., 2019)。使用这种分析,我们意外发现我只有相对较小的一部分Cdc42-palm同种型存在于palmitoylated形式,和2)Cdc42-palm n1e - 115细胞中过表达以及Cdc42-palm开表达主要鼠海马神经元似乎palmitoylated只在一个半胱氨酸残基。在相同的研究中,我们发现DHHC5突出Cdc42帕特(Wirth et al ., 2022)。此外,DHHC10和DHHC17也可以参与Cdc42棕榈酰化。有趣的是,在这三个Cdc42-palm具体拍,只有DHHC5驻留在质膜(Brigidi et al ., 2015)。这可能有重要意义的规定Cdc42-palm功能在不同的细胞内的隔间。
尽管DHHC5 Cdc42-palm识别的分子机制并不详细阐明,一种可能性是DHHC5的激活通过棕榈酰化。以前,它已经表明,DHHC5可以在c端palmitoylated外的半胱氨酸残基的催化核心(杨et al ., 2010)。这可能导致在DHHC5蛋白质构象的变化,导致增加底物特异性(伍德利和柯林斯,2019)。我们以前报道降低棕榈酰化的Cdc42 22 q11.2删除综合征小鼠模型,其中DHHC8中删除基因(Moutin et al ., 2017)。因为过度Cdc42-palm DHHC8没有促进棕榈酰化(Wirth et al ., 2022),DHHC8可能因此对Cdc42-palm DHHC5调节酶活性通过DHHC5棕榈酰化。
此外,棕榈酰化Cdc42-palm可以分层组织在时间和空间中。事实上,Golgi-resided DHHC10和/或DHHC17可以负责初始Cdc42棕榈酰化后立即在半胱氨酸- 188合成。这将防止prenylation和目标Cdc42质膜。我们的数据显示,增加大脑中DHHC5 Cdc42-palm比在开发期间,导致便利化Cdc42棕榈酰化在树突棘,进而将促进spinogenesis和脊柱成熟(见下文)。
因为棕榈酰化是一个动态的可逆过程,Cdc42-palm也可以接受depalmitoylation。到目前为止,只有少数发表作品调查Cdc42 depalmitoylation。Cdc42-palm显示保持不对称蛋白定位在细胞分裂过程中通过协调相互作用催化活性蛋白质酰基thioesterase 1 (APT1)在乳腺癌细胞(mda - mb - 231) (Stypulkowski et al ., 2018)。的palmitoyl-protein thioesterases 1 (PPT1)也发现赞成depalmitoylating Cdc42 (Gorenberg et al ., 2022)。然而,时空的棕榈酰化/ depalmitoylation Cdc42-palm模式仍然是难以捉摸的。
的生理作用Cdc42 lipidation:不同lipids-different功能?
Cdc42是高度保守的从酵母到哺乳动物和扮演重要的角色在大量细胞过程的规定,包括吞噬作用、细胞极化、趋化性、细胞迁移和部门(Etienne-Manneville和大厅,2002;Cerione 2004)。Cdc42也极度参与器官和组织内稳态与血管化有关,免疫系统调节,眼睛和皮肤发展以及心脏和胰腺器官发生(审查特et al ., 2011)。值得注意的是,所有这些器官无所不在地表达Cdc42-prenyl同种型,而Cdc42-palm-so far-represents大脑在生理条件下特定的同种型。因此,研究机关的isoform-specific是大脑功能。是可能的,然而,在其他组织Cdc42-palm被忽视了,因为大多数的调查发表在康和同事的工作(康et al ., 2008)没有区分Cdc42亚型。此外,在许多出版物描述Cdc42击倒,作者应用shrna针对非特异性外显子2等网站,从而导致两种亚型的击倒。另一方面,从2008年开始,有越来越多的证据证明Cdc42亚型严格区分的功能,特别是在神经元。尽管负责功能的可能机制差异或者拼接变体都远不是完全理解,有不同的假说解释蛋白质,只在他们的c端短序列不同,可能具有不同的功能,从而调节不同的信号通路。其中一个出现的想法,palmitoylated蛋白浓缩在脂质筏等膜子域,而被排除在这些microdomains isoporenylated蛋白质(Levental et al ., 2010)。事实上,蛋白质棕榈酰化代表一个最合适的脂质筏针对信号(莫菲特et al ., 2000;撒迦利亚et al ., 2002)。检测大量脂质筏内信号蛋白导致假设这些结构代表一个脚手架平台或信号中心,增强信号转导的空间招聘信号组件和通过防止信号通路之间的不恰当的相声。也可以如此Cdc42亚型,具体lipidation(即。prenylation和棕榈酰化)可能会导致分离/不同的本地化Cdc42亚型在脂质膜,导致不同的下游互动合作伙伴和最终引发不同的信号级联。
的一个重要生理功能Cdc42是转录因子的激活,如NFκB STAT3和SRF (Perona一起et al ., 1997;吴et al ., 2008)。特别是,SRF-mediated许多立即早期基因转录神经元产物和分化起着至关重要的作用(Scandaglia et al ., 2015)。我们曾展示了更高特异性的Cdc42-palm对激活SRF-pathway相比,Cdc42-prenyl (Wirth et al ., 2013)。值得注意,这种特异性不是由内在的变化Cdc42亚型之间的激活,因为持续活跃的突变体的表达导致相似的激活信号。因此,一个可能的解释可能是一个特定的本地化Cdc42-palm在脂质筏,这将导致其持续互动raft-resided下游抑制剂如Pak1,黄蜂或p38导致特定的SRF-mediated调制信号。这是支持的观察,尽管palmitoylated突变的半胱氨酸- 189不影响正确定位Cdc42-palm质膜,它大大降低了SRF通路的激活水平比得上Cdc42-prenyl同种型(Wirth et al ., 2013)。
康和他的同事们也调查的功能后果不同的脂质Cdc42修改(康et al ., 2008)。等等,他们证明了一个既定的活动(CA)突变Cdc42-palm是更有效的比Cdc42-prenyl CA突变体诱导树突棘形成,这Cdc42-palm CA诱导树突棘的能力被废除通过变异两个c端半胱氨酸残基或化学抑制2-bromopalmitate棕榈酰化。更重要的是,作者表明,棕榈酰化的Cdc42-palm同种型是由神经元动态监管活动。在谷氨酸治疗皮质文化,Cdc42-palm非常迅速(即。5分钟内)从树突棘de-palmitoylated和混乱。相比之下,引发seizure-like老鼠大脑活动注射海人酸在活的有机体内导致显著增加Cdc42棕榈酰化(康et al ., 2008)。不同的细胞内的表达模式,因此,Cdc42拼接的功能变体经Yap和合作者。他们发现Cdc42-palm (Cdc42E6)极度参与树突棘的形成,而Cdc42-prenyl (Cdc42E7)与axonogenesis有关(Yap et al ., 2016)。这个观察进一步证实了李和他的同事们的研究,他们发现了一个浓缩的Cdc42-prenyl编码mRNA在背根神经节神经元的轴突,在那里参与调节轴突长度的增加。相比之下,Cdc42-palm mRNA在树突棘是相当丰富。功能特异性Cdc42亚型被事实证明全球最低的Cdc42基因之后,救援与Cdc42-palm没能促进轴突产物,同时增加树突长度(李et al ., 2021)。
另一方面,我们的数据表明,Cdc42拼接变异可能参与树突状突起的形成和刺,以来表达Cdc42-palm或Cdc42-prenyl在海马神经元能够救援的抑制作用shRNA-mediated Cdc42混战(Wirth et al ., 2013)。这是通过实验进一步支持果蝇证明Cdc42飞,这是哺乳动物Cdc42-prenyl同族体,需要多个方面的树突形态发生(斯科特et al ., 2003)。作者表明,功能丧失的突变内生Cdc42并不影响树突的复杂性而导致树突长度增加伴随着应用。树突棘密度降低50%。
详细分析Cdc42 acylation-deficient突变体的显示不同的角色的半胱氨酸残基在Cdc42-palm糖基:如果半胱氨酸残基188可作为脂质受体,Cdc42-palm诱导长树突状突起。半胱氨酸- 189的变异并不影响形成长树突状突起,而短枝状突出,脊椎被认为是前兆,显著降低(Wirth et al ., 2013)。一起观察Cdc42-palm经历棕榈酰化在人类的大脑,这表明的重要性Cdc42 lipidation为新突触的生长以及依赖性活动结构和功能可塑性,包括人类的学习和长期记忆。
lipid-specific Cdc42功能监管的另一个有趣的方面是发现Cdc42-prenyl对形成neuroprogenitor至关重要的细胞的激活mTORC1从而组织转录因子的上调,而Cdc42-palm驱动器neuroprogenitor细胞的过渡到神经元通过抑制mTORC1信号通过激活Cdc42-associated激酶(ACK) (Endo et al ., 2020)。在后续的研究中,作者发现表皮生长因子(EGF)受体作为额外的Cdc42-palm和ACK的目标,这是在神经发生衰减的联合行动。因此,通过显示表皮生长因子受体信号Cdc42-palm和ACK可能确定终端的时机的神经祖细胞分化成神经元。从力学上看,Cdc42-palm ACK-mediated EGF受体退化促进自噬,进而保护神经祖细胞凋亡,从而引发其分化成神经元(Endo和Cerione, 2022)。这个想法也符合的积累Cdc42-palm皮质板,一个神经元分化的地方而不是扩散(Olenik et al ., 1999)。
可以Cdc42 lipidation参与病理条件?
许多新创CDC42基因中的突变导致异构表型与高度可变的症状包括面部先天性畸形,失调的增长,血液学的免疫和神经发育异常如Takenouchi-Kosaki综合症(谢谢)(Martinelli et al ., 2018;苏和橙色,2020)。然而,只有有限的数据量的直接展示病理贡献Cdc42 lipidation。
Gernez和他的同事报道,在2019年大约四个病人携带CDC42基因突变影响的最后三到五c端氨基酸Cdc42-prenyl(即。,一部分负责lipidation)。这些突变与严重auto-inflammatory相关症状包括贫血、血球减少,皮疹、面部先天性畸形和与铁蛋白增加,c反应蛋白和白介素的地震水平。此外,携带这些突变患者倾向于巨噬细胞活化综合征的发展和hemophagocytic lymphohistiocytosis。值得注意的是,这部小说c端变异Cdc42所有发生在或靠近c端di-arginine空间主题涉及膜绑定和lipidation Cdc42-prenyl。区域内CDC42编码一个病人有一个突变导致替代终止密码子的半胱氨酸残基,导致通读和24额外的氨基酸(* 192 c * 24)。另一个病人R186C突变。其他两个病人携带C188Y突变,不幸的是没有进一步的详细特征(Gernez et al ., 2019)。因此,我们只能推测,188年半胱氨酸突变,这是特别重要的翻译后修饰,因此Cdc42的空间组织,可能会导致细胞内定位错觉,因此异常信号。
使用全外显子组测序,Bekhouche和合作者发现病人只影响Cdc42-prenyl杂合的突变,导致精氨酸的交换位置186半胱氨酸残基(R186C)。这种突变的主要临床特点包括严重新生儿皮肤炎伴有急性肝肿大和细胞溶解,温和的面部dysmorphy,一个永久的炎症与偶尔的单核细胞增多综合征(Bekhouche et al ., 2020)。详细的生化分析表明R186C突变导致non-physiological棕榈酰化在半胱氨酸- 186 (图2)。这将导致GDP misbalanced监管Cdc42-prenyl的离解抑制剂,GDI1,特别结合geranylgeranylated Cdc42-prenyl野生型的形式。由于人工棕榈酰化的上游isoprenylation网站,Cdc42-prenyl-GDI1-interaction受损,R186C突变异常锚定在高尔基体。这样的异常定位的结果之一是降低肌动蛋白丝聚合:病人携带R186C突变包含约30% f -肌动蛋白低于正常。此外,作者称强烈NF-κB hyper-activation,依赖的palmitoylation-dependent高尔基体保留Cdc42-prenyl R186C突变。这反过来导致引发和IL1β水平增加,这可以解释疾病的病理生理学(Bekhouche et al ., 2020)。
最近,Nishitani-Isa和他的同事进一步分析autoinflammatory病理的分子细节诱发R186C Cdc42-prenyl突变。使用诱导性多功能干细胞(万能)派生的骨髓和巨噬细胞细胞系建立病人携带这种变异,他们报告说,patient-derived细胞分泌大量的IL-1βpyrin-activating刺激反应(Nishitani-Isa et al ., 2022)。值得注意、药理的封锁棕榈酰化释放R186C突变从高尔基体和阻尼IL-1β分泌到野生型的水平。类似的结果也获得了另一个病人突变,c * 24 * 192。这个突变也会异常palmitoylated新引入的半胱氨酸- 192,导致捕获的高尔基体和over-activation pyrin inflammasome (图2)。对比结果Bekhouche和合作者,Nishitani-Isa和他的同事们没有获得任何R186C突变GTPase活性的变化或其亲和力gdi,指出palmitoylation-mediated异常的本地化Cdc42-prenyl高尔基体为主要驱动力的病态的激活pyrin inflammasome。
这些组合的结果不仅证明一个意想不到的联系异常Cdc42-prenyl棕榈酰化和炎症反应的激活,但也表明,这种途径可能代表一种新颖的目标autoinflammatory疾病的治疗。此外,这些研究的结果表明,尽管Cdc42-prenyl广泛表达,病理的影响似乎异常的棕榈酰化相关Cdc42-prenyl人口表示之外的脑组织。
作者的贡献
亚历山大-伍尔兹:Writing-Review和编辑;EP:概念化,Writing-Review和编辑。
资金
这项工作是支持的DFG格兰特PO732 EP。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
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引用
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收到:2022年11月3日;接受:2022年12月26日;
发表:2023年1月09年。
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