探討PARP-1調節NLRP3發炎複體活化的分子機制(1/3)

Poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1)是真核細胞中一個會與核中染色質結合的多 功能酵素。它能催化 ADP核糖的聚合反應，並將 ADP核醣的複合物鍵結在標的蛋白上， 這種重要的轉譯後修飾稱為 PARylation。PARylation在細胞生理功能中扮演重要的調控 角色，包括偵測和修復去氧核醣核酸損傷、染色質修飾、調控基因轉譯以及細胞死亡路 徑等等。在調控細胞死亡路徑的機轉中，PARP-1的過度活化會造成細胞內 NAD+和其前 驅物 ATP的大量耗盡，而產生細胞壞死。從我們實驗室之前的研究發現 PARP-1會經由 ROS而活化的嶄新路徑，並且在 PARP-1過度活化時，細胞中的粒線體會產生短暫性的 生質合成反應增加現象，來適應細胞中能量不足的壓力，以造成過渡性的能量修復。 近來越來越多研究顯示 PARP-1在發炎反應中也扮演了重要的角色，它會在發炎過 程中同時被活化，並且在諸多疾病模式中，包括敗血症、糖尿病、心血管疾病、中風、 創傷、關節炎和肥胖等等，扮演調控病理現象的角色。目前大多數的研究都著重在 PARP-1調控發炎基因的轉錄層次，但對於其是否會調控發炎小體的活化尚未被研究。 除了參與發炎反應之外，PARP-1在先天免疫反應和宿主對抗病原菌感染的機制中的角 色並不清楚。發炎小體的活化在微生物感染時所誘導的 IL-1產生過程中非常重要，它 能促使 caspase-1活化進而切割原型的 IL-1成具活性的 IL-1並釋放到胞外。在我們的 前驅研究中，將 Parp-1-/-巨噬細胞以細胞內毒素 LPS誘發前處理並用不同的 NLRP3活 化劑做刺激後，發現 PARP-1的缺失會造成 IL-1釋放的下降，且 caspase-1活化以及 NLRP3發炎小體的聚合皆降低。當我們使用 PARP-1的活性抑制劑去模擬 PARP-1的缺 失情形，發現也會造成 IL-1釋放的降低，而使用 PARP-1的活化劑時會更促進 NLRP3 造成的 IL-1釋放，所以 PARP-1的酵素活性在調控發炎小體的活化是必須的。值得注 意的是 PARP-1並不影響細胞內毒素誘發的原型 IL-1或是 NLRP3蛋白的表現。總而言 之，我們目前的實驗發現 PARP-1會正向調控 NLRP3發炎小體的活化，但是詳細的分 子機制並不清楚。除此之外，我們也發現 PARP-1會經由不同的機轉來調控 Toll-like receptor (TLR) 活化所誘發的 iNOS和 COX-2表現。在本計劃中，我們預計使用基因、 藥理和生化等不同方式探討 PARP-1在先天免疫上的角色，尤其著重在 NLRP3發炎小 體的活化和病原菌感染上的機制。 三個主要的研究目標包括： 目標一：探討 PARP-1參與調控 NLRP3發炎小體活化的角色 目標二：探討 PARP-1在 TLR訊息傳遞路徑和誘導發炎反應中扮演的角色 目標三：探討 PARP-1在病原菌感染時參與宿主防禦功能的角色