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2021年2月，来自杜克大学的Wen-Hsuan Yang 和Jen-Tsan Chi课题组在Cell death & disease上发表了题为“Zinc transporter ZIP7 is a novel determinant of ferroptosis.”的文章，发现锌转运蛋白ZIP7是新的铁死亡调控蛋白。 ——背景—— 铁死亡是一种由氧化应激引发的细胞程序性死亡形式，其特征是广泛的脂质过氧化和膜损伤。铁死亡的名称表明该细胞死亡过程依赖于铁，这是其典型特征之一。虽然铁在铁死亡中的作用已有较多研究，但其潜在机制仍有许多未知之处。除了铁，尚不清楚是否有其他过渡金属也调控铁死亡。本文表明，铁死亡的敏感性也受到锌的显著影响。 ——结果—— 首先，为了研究锌在铁死亡中的作用，使用Erastin在细胞系MDA-MB-231和HT-1080中诱导铁死亡。然后用铁(DFO)或锌(TPEN)的螯合剂处理细胞，结果发现二者均能保护细胞免于发生铁死亡。同时，补充氯化锌或者柠檬酸铁都可以提高细胞对铁死亡的敏感性（图1）。
图1 锌影响铁死亡敏感性 A,B DFO和TPEN对铁死亡具有保护作用。 C,D 补充氯化锌或柠檬酸铁增强细胞对铁死亡的敏感性。 接下来，使用全基因组siRNA筛选鉴定在RCC4细胞系中由胱氨酸剥夺诱导的铁死亡的关键基因。该筛选鉴定到了一些已知的铁死亡调控基因如CSAD与MESH1。作者主要关注锌相关基因，发现针对ZIP7 (SLC39A7)和ZNT8 (SLC30A8)的siRNA提供了显著的铁死亡保护作用。然而，已知ZNT8主要在胰岛β细胞中表达，而在大多数癌细胞中不稳定表达。因此，作者将重点放在ZIP7并进行进一步的研究（图2）。
图2胱氨酸剥夺诱导的铁死亡的全基因组siRNA筛选 A用单个siRNA转染RCC4细胞，使用低浓度胱氨酸培养基培养24小时后检测细胞活力。B 筛选得到的铁死亡关键基因的Gene Ontology分析 然后，通过额外的独立siRNA敲除ZIP7显著挽救了由胱氨酸剥夺或Erastin诱导的MDA-MB-231细胞的铁死亡。此外，在RCC4和MDA-MB-231中补充锌可以消除ZIP7敲除的铁死亡保护作用。同时，使用ZIP7特异性抑制剂NVS-ZP7-4，可以显著降低erastin诱导的MDA-MB-231的死亡，类似于ZIP7 siRNA（图3）。
图3 HT-1080细胞中FIPC-1的靶点。 A,B,C 在MDA-MB-231细胞中，ZIP7敲低赋予对胱氨酸剥夺或Erastin诱导的铁死亡的抗性。D,E,F ZIP7敲低以锌依赖的方式赋予对Erastin诱导的铁死亡的抗性。G,H ZIP7抑制剂可防止Erastin诱导的铁死亡。 接下来，在敲低ZIP7后使用RNA-seq检测转录水平的变化。在内质网应激中，ZIP7的敲低显著诱导ATF3和HERPUD1。BFA和衣霉素可以诱导内质网应激，同时作者发现二者也可以抑制铁死亡的发生。因此推测内质网应激可能有助于ZIP7敲低后的对铁死亡的保护作用。接下来作者发现，敲低HERPUD1可显著抑制ZIP7 siRNA对铁死亡的保护作用。至此，作者提出了一个模型：ZIP7抑制引发内质网应激，从而诱导HERPUD1基因转录。HERPUD1蛋白然后将迁移回内质网，并介导一个未知的过程来保护铁死亡（图4）。
图4内质网应激和HERPUD1介导由ZIP7抑制诱导的铁死亡抗性。 A,B BFA和衣霉素诱导内质网应激可保护细胞免于铁死亡 C,D HERPUD1 的mRNA与蛋白水平变化 E,F HERPUD1介导了由ZIP7敲低诱导的铁死亡抗性 ——小结—— 这项研究证明锌和ZIP7调节铁死亡，在此之前只知道铁死亡是铁依赖性的。通过对RNAi筛选中所有锌转运蛋白的分析，确定ZIP7是铁死亡的一个新的调控蛋白。ZIP7的遗传和化学抑制显著保护癌细胞免受铁死亡。同时发现ZIP7的敲除可能通过上调HERBUD1来抑制铁死亡。总之，这些数据表明ZIP7通过维持内质网稳态和细胞器通讯来调节铁死亡的作用。 参考文献： Chen PH, Wu J, XuY, Ding CC, Mestre AA, Lin CC, Yang WH, Chi JT. Zinc transporter ZIP7 is a novel determinant of ferroptosis. Cell Death Dis. 2021 Feb 19;12(2):198. doi:10.1038/s41419-021-03482-5. |
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