Gasdermin E and pyroptosis in cancer

Gasdermin E 和癌症焦亡

基本信息

  • 批准号:
    10583571
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-04-03 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Caspase-­3  activation  during  apoptosis  can  trigger  caspase-­3  cleavage  of  gasdermin  E  (GSDME).  The  gasdermins  (GSDM)  are  a family of proteins,  whose  cleavage  activates  inflammatory death,  called pyroptosis.  N-­terminal GSDM fragments form pores in the cell membrane that cause rapid cell death in which the cell swells,  activates and releases inflammatory cytokines and other inflammatory mediators, and eventually bursts. GSDME  cleavage converts noninflammatory apoptotic death to more rapid inflammatory pyroptotic death. GSDME is not  expressed in most cancer cell lines, is epigenetically inactivated in gastric, colorectal and breast cancer, relative  to normal  tissue, and  mutated  in  some others.  GSDME  expression  suppresses  colony  formation  in gastric  and  colorectal  cancer  and  invasivity  of  breast  cancer.  Worse  5-­year  survival  and  an  increase  in  lymph  node  metastases  are associated  with  reduced  GSDME  in  breast  cancer.  Moreover,  lack  of GSDME promotes drug  resistance in melanoma and lung cancer cell lines. We hypothesize that GSDME acts like a tumor suppressor,  that some tumor cells avoid pyroptosis by downregulating or mutating GSDME and that the switch from  apoptosis  to  pyroptosis  profoundly  affects  tumor  cell  survival,  anti-­tumor  immunity  and  response  to  chemotherapy  and  radiation.  In  preliminary  data,  cancer-­associated  GSDME  mutations  are  shown  to  be  primarily  loss  of  function  mutations.  Gsdme  knockout  in  cancer  lines  promoted  tumor  growth  while  ectopic  GSDME expression strongly inhibited tumor growth in immune competent mice. The tumor suppressive role of  GSDME  was  lost  in  immunodeficient  NOD.scid.Il2rg-­/-­  (NSG)  and  Prf1-­/-­  mice  deficient  in  perforin  and  strongly  inhibited by NK or CD8 T cell depletion. GSMDE expression by the tumor increased infiltrating, functional CD8  T  cells  and  NK  cells.  Based  on  these  data,  we  hypothesize  that  GSDME  suppresses  tumor  growth  by  recruiting  and  activating  anti-­tumor  killer  lymphocytes.  We  also  found  that  granzymes  B  and  M,  death-­ inducing proteases of killer lymphocytes, directly cleave GSDME during killer cell attack to activate pyroptosis in  a  caspase-­independent  manner,  which  is  amplified  by  caspase  activation.  We  also  hypothesize  that  direct  granzyme  cleavage  of  GSDME  in  cancer  cells  triggers  pyroptosis  and  enhances  their  anti-­tumor  immunity. Killer lymphocyte mediated death has previously been thought to be non-­inflammatory. Our goal is  to  test  these  hypotheses  and  develop  mechanistic  insights  to  understand  whether  and  how  suppression  of  GSDME  activation  of pyroptosis  in  cancer  cells  impacts oncogenesis,  drug  sensitivity  and  protective  immunity.  Our specific aims are to investigate the effect of GSDME mutation and expression on GSDME activation, lipid  binding,  oligomerization  and  pore  formation,  on  whether  cell  death  by  apoptotic  stimuli  or  killer  cells  is  inflammatory and immunogenic, and whether and how GSDME affects tumor growth, immunity and responses  to therapy in vitro and in transplanted mouse tumor models.
细胞凋亡过程中 Caspase-3 的激活可触发 Caspase-3 对 Gasdermin E (GSDME) 的裂解。 Gasdermin (GSDM) 是一个蛋白质家族,其裂解会激活炎症性死亡,称为细胞焦亡。 N 端 GSDM 片段在细胞膜上形成孔,导致细胞快速死亡,细胞肿胀, 激活并释放炎症细胞因子和其他炎症介质,并最终爆发。 裂解将非炎性细胞凋亡转变为更快速的炎性焦亡,GSDME 则不然。 在大多数癌细胞系中表达,在胃癌、结直肠癌和乳腺癌中表观遗传失活,相对 正常组织中的 GSDME 表达突变会抑制胃和胃中的集落形成。 结直肠癌和乳腺癌的侵袭性更差,并且淋巴结增加。 乳腺癌转移与 GSDME 减少有关,此外,缺乏 GSDME 会促进药物治疗。 我们假设 GSDME 具有肿瘤抑制因子的作用, 一些肿瘤细胞通过下调或突变 GSDME 来避免细胞焦亡,并且从 细胞凋亡至焦亡深刻影响肿瘤细胞的存活、抗肿瘤免疫和对肿瘤细胞的反应 初步数据显示,癌症相关的 GSDME 突变与化疗和放疗有关。 主要是癌细胞系中的功能缺失突变促进了肿瘤生长,而异位。 GSDME 表达强烈抑制免疫活性小鼠的肿瘤生长。 GSDME 在免疫缺陷的 NOD.scid 中强烈丢失。Il2rg-/- (NSG) 和 Prf1-/- 小鼠穿孔素和 NK 或 CD8 T 细胞耗竭所抑制。肿瘤浸润、功能性 CD8 的 GSMDE 表达增加 T 细胞和 NK 细胞。根据这些数据,我们发现 GSDME 通过以下方式抑制肿瘤生长: 我们还发现,颗粒酶 B 和 M 可以招募和激活抗肿瘤杀伤淋巴细胞。 诱导杀伤淋巴细胞的蛋白酶,在杀伤细胞攻击期间直接裂解 GSDME,从而激活细胞焦亡 一种不依赖于半胱天冬酶的方式,通过半胱天冬酶激活来放大。 癌细胞中 GSDME 的颗粒酶裂解引发细胞焦亡并增强其抗肿瘤作用 杀伤淋巴细胞介导的死亡以前被认为是非炎症性的。 测试这些假设并发展机制见解,以了解是否以及如何抑制 GSDME 激活癌细胞焦亡会影响肿瘤发生、药物敏感性和保护性免疫。 我们的具体目标是研究 GSDME 突变和表达对 GSDME 激活、脂质 结合、寡聚化和孔形成,与细胞凋亡刺激或杀伤细胞导致的细胞死亡有关 炎症和免疫原性,以及 GSDME 是否以及如何影响肿瘤生长、免疫和反应 用于体外治疗和移植小鼠肿瘤模型。

项目成果

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