​Science:G蛋白突变导致T细胞过度活化的机制

时间 : 2024-10-22
G蛋白偶联受体(G protein–coupled receptors  GPCRs指导细胞响应环境信号,包括激素、神经递质和趋化因子。这一过程通过异三聚体G蛋白介导的复杂生化循环来实现。GPCR结合配体后,Gα亚基结合GTP,变为活跃状态,并与Gβγ复合物及GPCR分离。分离的Gα-鸟苷三磷酸(GTP)和自由的Gβγ启动下游信号传导,包括第二信使的生成、生化相互作用和离子通道变化。Gα的GTP酶活性将GTP水解为鸟苷二磷酸(GDP),从而终止信号传导,并允许Gabg重新与GPCR组装,使细胞能够对GPCR的再次激活作出响应。在Gα蛋白家族中,Gai/o家族包括抑制性亚型,这些亚型通过抑制腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase  AC)的环磷酸腺苷(cAMP)生成来调节生物反应。AC作为跨膜异构体广泛表达,不同组织表达不同水平的多种异构体,但只有某些AC对Gai的抑制作用敏感。Gai2(由GNAI2编码)已被认为在心血管、神经、内分泌和免疫系统的正常功能中发挥作用。Gαi2蛋白属于异三聚体G蛋白,通过调节腺苷酸环化酶抑制cAMP的产生。然而,Gai2在人生理和发育中的具体作用,包括胚系GNAI2突变在人类中的影响仍不清楚。此外,活跃的Gai/o如何通过不涉及腺苷酸环化酶介导的cAMP生成的替代机制在近端调节下游信号转导也未完全理解。
 
来自美国国立卫生研究院的Helen C. Su 团队在Science上发表题为Germline mutations in a G protein identify signaling cross-talk in T cells 的文章。该文章发现了一些患者携带此前未报告或极为罕见的GNAI2突变,以研究他们的临床表现及其潜在的疾病机制。在解析这些突变对免疫系统产生显著影响的分子机制时,作者验证了Gai2可以在不依赖cAMP的情况下调节免疫细胞功能的假设。
 
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团队通过全外显子组和全基因组测序共识别出20名来自不同家族的患者,这些患者携带罕见或未报告的GNAI2基因(编码Gαi2蛋白)的突变。作者又通过生物化学方法验证突变蛋白的功能改变。这些突变导致Gαi2蛋白与GTP的结合能力增强,GTP水解速率下降,表明突变后的Gαi2蛋白处于持续活跃状态。
 
通过体外实验,研究人员发现突变的Gαi2蛋白对cAMP的抑制作用更强,影响了免疫细胞(T细胞和中性粒细胞)的迁移能力,这可能是通过破坏GPCR信号传导,导致免疫细胞无法有效响应趋化因子,使得患者容易感染。
 
此外作者检测到,突变的Gαi2还可以通过RAS蛋白家族中的RASA2蛋白调节T细胞的活化和增殖。患者的T细胞表现出增强的活化反应,特别是在T细胞受体刺激后表现出异常的增殖。这种现象是通过RAS-MAPK和PI3K-AKT信号通路的增强导致的,而不是通过经典的cAMP途径。
 
最后对患者全身进行检测,结果表明,GNAI2突变的影响不仅局限于免疫系统,还涉及多个器官的发育缺陷,患者表现出多种发育异常,如脑、骨骼和内分泌系统的发育问题。
 
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总结表明,GNAI2突变通过cAMP非依赖的途径,尤其是RAS通路,调节T细胞功能,并引发自体免疫及多器官功能障碍。该研究定义了一种全新的免疫调控机制,解释了Gαi2突变如何通过RAS信号通路引发T细胞过度活化,并为未来开发免疫相关疾病的治疗策略提供了新思路。