在这里,我们结合了超分辨率显微镜、cryo-EM、突变分析和分子动力学模拟的见解,提供了NINJ1膜破裂的原子模型(图。第四代移动通信技术).在活细胞中,NINJ1是细胞膜中的单体,螺旋α1和α2在细胞外侧,α3和α4对整合到膜中(扩展数据图。1a).在细胞死亡过程中,两亲性螺旋α1和α2插入膜中形成扭曲的构象,桥接相邻的原聚物形成更大的聚合物。所产生的更高聚合度的组件通过覆盖膜边缘来促进膜破裂,从而稳定可变大小和形态的膜损伤,LDH、大危险相关分子模式(DAMPs)和其他细胞内容物通过这些损伤释放到细胞外环境中。虽然单个细丝可能足以损伤膜,但也有可能NINJ1形成双股细丝,它们在渗透压的作用下以类似拉链的方式打开,形成膜损伤。
导致NINJ1从非活动状态转换到活动状态的触发仍然未知。所提出的聚合机理提出了一种有趣的可能性,即膜组合物可能至少部分地贡献了激活信号。在细胞死亡过程中,带负电荷的磷脂酰丝氨酸暴露在细胞表面28,29可能被NINJ1的α1和α2螺旋所识别。事实上,脂质结合实验和染料释放分析表明,对应于螺旋α1和α2的肽与含持久性有机污染物的膜特异性相互作用,分子动力学模拟显示了相同的效果(扩展数据图。9a–c).因此,膜成分感应作为NINJ1的潜在激活机制是未来工作的一个有前途的途径。
总之,活性NINJ1具有独特的结构,具有覆盖膜边缘的长α螺旋丝。而GSDMD孔的β-片层结构具有有限的孔径,允许白细胞介素释放,同时保留较大的分子13由NINJ1丝引起的膜开口或损伤在尺寸上基本不受限制。NINJ1损伤似乎在功能上与活化的线粒体Bax和Bak的大超结构相关,因为它们都溶解膜30。虽然Bax或Bak在成孔构象中的原子结构目前尚不清楚,但我们推测NINJ1丝中α3和α4的螺旋发夹可能与活化Bax中α5和α6的螺旋发夹在功能和结构上相似。最初报道NINJ1是一种粘附分子,在坐骨神经损伤后诱导并促进轴突生长31,32,33。鉴于NINJ1驱动细胞死亡和DAMPs的释放,并且细胞死亡、炎症和组织修复之间存在密切联系34可以想象,NINJ1通过引起炎症或释放刺激性分子,在促进轴突生长中具有间接作用。相反,也可能NINJ1具有双重作用,既用于细胞间粘附,又作为强渗透压下膜的破裂点35。该结构以及诱变研究为NINJ2不能在功能上取代NINJ1提供了可能的解释,尽管具有高度的同源性8。这两种蛋白在结构部分有几个氨基酸不同,在非结构N端有一个大的缺失和多个突变(扩展数据图。9d).结构化区域的差异之一是残基47,它是NINJ1中的丙氨酸和NINJ2中的缬氨酸。A47L突变使HEK细胞中的NINJ1功能失调(图。4c),为NINJ2的功能障碍提供了一种可能的解释,并且其他几个差异很可能导致功能的额外扰动。NINJ1中的G93、L57和Q63分别对应于NINJ2中的V、F和R,它们中的每一个都可能引起空间冲突,从而阻止细丝的形成。值得注意的是,NINJ1代表了焦磷酸途径中丝形成的又一次出现,以及PYD的可溶性丝和ASC、NLRP3和caspase-1的CARD结构域30,36,37,38,39。NINJ1丝代表了细胞分裂的一种优雅的生物物理机制,对其原子结构的了解为癌症、感染和炎性疾病的治疗干预提供了机会。