經(jīng)典的和非經(jīng)典的炎癥小體通路中均通過活化下游的蛋白酶，切割底物蛋白gasdermin D (GSDMD)誘導(dǎo)細胞焦亡。caspase-1加工處理IL-1β和IL-18使其成熟 , 而脂多糖激活的caspase-4、5和11細胞因子靶點仍待研究。近期，北京生命科學(xué)研究所/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院邵峰實驗室與中科院生物物理所丁璟珒實驗室團隊在Nature（IF=64.8）上發(fā)表題為“Recognition and maturation of IL-18 by caspase-4 noncanonical inflammasome”的研究，發(fā)現(xiàn)白介素-18(IL-18)是半胱氨酸蛋白酶caspase-4/5的生理底物，并解析了caspase-4與IL-18復(fù)合物的精細三維結(jié)構(gòu)，詳細闡明了天然免疫通路中caspase-4/5特異識別和活化IL-18的分子機理。
欣博盛生物非常榮幸能夠作為供應(yīng)商為該項研究提供高品質(zhì)ELISA試劑盒，為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科研探索貢獻一份力量。
引用產(chǎn)品
在該項研究中，使用了欣博盛生物（NeoBioscience Technology Co, Ltd）的QuantiCyto? Human IFN-γ ELISA kit與QuantiCyto? Human IL-18 ELISA Kit，用于檢測細胞培養(yǎng)上清中相關(guān)蛋白的含量。
貨號 | 產(chǎn)品名稱 | 靈敏度 | 檢測范圍 |
7.8pg/ml | 15.6-1000pg/ml | ||
7.8pg/ml | 15.6-1000pg/ml |
研究詳情
經(jīng)典炎癥小體（inflammasome）通路通過活化下游的蛋白酶caspase-1，切割底物蛋白GSDMD（gasdermin D）釋放其N端結(jié)構(gòu)域，在細胞膜上寡聚成孔，激活細胞焦亡的免疫應(yīng)答。非經(jīng)典炎癥小體（noncanonical inflammasome）通路中，天然免疫受體caspase-4/5以及小鼠的同源蛋白caspase-11，可以直接識別革蘭氏陰性菌的脂多糖（LPS）寡聚激活，通過切割共同的底物蛋白GSDMD介導(dǎo)細胞焦亡發(fā)生。非經(jīng)典炎癥小體通路還廣泛存在于許多非免疫細胞中，表明其重要的免疫防御功能。除了GSDMD，活化的caspase-1還能切割I(lǐng)L-1β和IL-18，成熟形式的IL-1β與IL-18通過GSDMD在細胞膜上形成的孔道分泌至胞外，發(fā)揮促炎性的生理功能。相比caspase-1，Caspase-4/5/11已知的生理底物只有GSDMD，是否存在其他天然免疫底物并不清楚。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，在細胞內(nèi)由LPS激活的caspase-4能夠高效地切割Pro-IL-18，將成熟的IL-18細胞焦亡釋放到細胞外周中，進而發(fā)揮其作為經(jīng)典促炎癥細胞因子的生理功能。實驗表明， caspase-4只能特異性切割Pro-IL-18。非經(jīng)典炎癥小體通路活化IL-18的現(xiàn)象并非人類特有，其它高等哺乳動物（如豬、兔子等）也能在caspase-4被激活后進行Pro-IL-18加工和活化。
研究團隊通過體外實驗證明重組表達的活性形式caspase-4能夠高效地切割Pro-IL-18，其切割位點和caspase-1完全一致。有趣的是，小鼠的Pro-IL-18具備切割所須的、與人完全相同的四肽序列LESD，但人的caspase-4不能有效切割小鼠Pro-IL-18，這一發(fā)現(xiàn)暗示除了四肽序列之外，caspase-4切割Pro-IL-18還需要另外的特異性識別位點。
為了揭示caspase-4特異性識別Pro-IL-18的分子機制，研究團隊嘗試解析caspase-4與Pro-IL-18復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，多輪嘗試均未獲得晶體。邵峰實驗室的前期工作中發(fā)現(xiàn)痢疾桿菌(Shigella)分泌的效應(yīng)蛋白OspC3可以特異識別宿主細胞內(nèi)的caspase-4，通過催化caspase-4酶活中心的關(guān)鍵精氨酸發(fā)生一種全新的ADP-riboxanation翻譯后修飾進而使caspase-4失活(Hou et al., 2023 , Li et al., 2021)。研究團隊在先前研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)OspC3能夠穩(wěn)定caspase-4與IL-18復(fù)合物，促進其結(jié)晶。通過加入OspC3ARD，研究團隊成功解析了OspC3ARD-caspase-4-Pro-IL-18的三元復(fù)合物的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)。
該三元復(fù)合物以2:2:2的形式呈現(xiàn)，其中caspase-4-p20/p10二聚化形成四聚體，兩端分別與Pro-IL-18相結(jié)合，而OspC3ARD位于caspase-4-p20的側(cè)面，起到穩(wěn)定三元復(fù)合物的作用。在該高分辨率復(fù)合物結(jié)構(gòu)中，Pro-IL-18的LESD四肽序列深入caspase-4的酶活中心，與caspase-4酶活中心結(jié)合，形成第一個作用界面。此外，caspase-4-p20-C末端的loop區(qū)和另一個caspase-4-p10-N端的loop區(qū)形成一個分子間的β折疊，這個β折疊獨立于caspase的酶活中心，與Pro-IL-18結(jié)合，構(gòu)成第二個相互作用界面。Caspase-4 通過這兩個相互作用界面來識別IL-18。
圖 1 ：OspC3ARD-caspase-4-Pro-IL-18三元復(fù)合物的分子結(jié)構(gòu)
OspC3ARD-caspase-4-Pro-IL-18三元復(fù)合物的結(jié)構(gòu)首次揭示了Pro-IL-18精細的結(jié)構(gòu)特征。Pro-IL-18在被caspase-1/4/5切割后，將發(fā)生巨大的構(gòu)象變化和局部發(fā)結(jié)構(gòu)重排，重新折疊產(chǎn)生新的β-發(fā)夾與α-螺旋結(jié)構(gòu)，而這些新產(chǎn)生的二級結(jié)構(gòu)對于IL-18結(jié)合其受體IL-18Rα至關(guān)重要，是IL-18發(fā)揮生理功能的必需結(jié)構(gòu)。這個結(jié)果也從結(jié)構(gòu)層面解釋了pro-IL-18無法結(jié)合IL-18Rα的原因。結(jié)構(gòu)比對發(fā)現(xiàn)，caspase-4識別Pro-IL-18的關(guān)鍵殘基在caspase-11上不保守，將caspase-11上關(guān)鍵殘基突變與替換后，可以使其具備與caspase-4相當(dāng)?shù)募庸ro-IL-18的能力。這個結(jié)果也從側(cè)面證明了caspase-4-Pro-IL-18復(fù)合物結(jié)構(gòu)的準確性。
研究團隊開展的這項工作發(fā)現(xiàn)并證明了炎癥因子IL-18是非經(jīng)典炎癥小體通路活化的caspase-4/5的生理底物，揭示了天然免疫通路中caspases-4/5-IL-18這條通路在眾多細胞種的存在，以及Pro-IL-18被加工后成熟為有生理功能的炎癥因子的分子機制，為caspase的酶活機制與底物識別機制、天然免疫和適應(yīng)性免疫的聯(lián)系提供了全新的理解。
在臨床上，血液中高水平的IL-18與多種自身免疫疾病相關(guān)，如特異性皮炎、炎癥性腸病與幼年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎等，這項工作將為理解這些自身免疫疾病的發(fā)生機制以及開發(fā)新的干預(yù)策略提供新的思路。
圖 2 ：Caspases特異識別與切割I(lǐng)L-18的精確分子機制
文獻引用
SHI X, SUN Q, HOU Y, et al. 2023. Recognition and maturation of IL-18 by caspase-4 noncanonical inflammasome. Nature [J].
（原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06742-w）
1. HOU Y, ZENG H, LI Z, et al. 2023. Structural mechanisms of calmodulin activation of Shigella effector OspC3 to ADP-riboxanate caspase-4/11 and block pyroptosis. Nat Struct Mol Biol [J], 30: 261-272.
2. LI Z, LIU W, FU J, et al. 2021. Shigella evades pyroptosis by arginine ADP-riboxanation of caspase-11. Nature [J], 599: 290-295.
近期引用產(chǎn)品
2023年10-11月，欣博盛ELISA產(chǎn)品SCI引用文獻新增共計70篇，涵蓋免疫學(xué)、癌癥生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等多個研究領(lǐng)域。其中，影響因子最高為64.8（Nature）。
下表展示了本月高分引用ELISA產(chǎn)品，欣博盛生物堅持為廣大科研工作者提供高品質(zhì)ELISA試劑盒，助力您的科研生活！
貨號 | 產(chǎn)品名稱 | 靈敏度 | 檢測范圍 |
QuantiCyto? Human IFN-γ ELISA Kit（人γ干擾素） | 7.8pg/ml | 15.6-1000pg/ml | |
EHC127 | QuantiCyto? Human IL-18 ELISA Kit（人白細胞介素-18） | 7.8pg/ml | 15.6-1000pg/ml |
QuantiCyto? Mouse TNF-α ELISA kit（小鼠腫瘤壞死因子-α） | 15.6pg/ml | 31.25-2000pg/ml | |
QuantiCyto? Mouse TNF-α ELISA kit(High Sensitivity)（小鼠腫瘤壞死因子-α（高敏）） | 3.9pg/ml | 7.8-500pg/ml | |
QuantiCyto? Mouse TGF-β1 ELISA kit（小鼠轉(zhuǎn)化生長因子-β1） | 15.6pg/ml | 31.25-2000pg/ml | |
QuantiCyto? Mouse IL-10 ELISA kit（小鼠白細胞介素-10） | 1.95pg/ml | 3.9-250pg/ml | |
QuantiCyto? Mouse IL-12p70 ELISA kit（小鼠白細胞介素-12p70） | 7.8pg/ml | 15.6-1000pg/ml | |
QuantiCyto? Mouse IL-15 ELISA kit（小鼠白細胞介素-15） | 11.7pg/ml | 23.44-1500pg/ml | |
QuantiCyto? Mouse MIP-2/CXCL2 ELISA kit（小鼠巨噬細胞炎性蛋白2） | 3.9pg/ml | 7.8-500pg/ml | |
EHC130 | QuantiCyto? Human bFGF ELISA kit（人堿性成纖維細胞生長因子） | 62.5pg/ml | 125-8000pg/ml |
以上產(chǎn)品均可提供現(xiàn)貨，如需了解更多產(chǎn)品或咨詢折扣，歡迎聯(lián)系欣博盛生物！
