GSDMD是細胞焦亡過程中的關鍵蛋白,此前的研究表明GSDMD在細胞焦亡發生時可被Caspase切割,從而釋放出N端結構域,釋放出的N端結構域進一步形成寡聚體并上膜打孔,最終造成細胞死亡。但此前的研究發現人源GSDMD的C191A突變體會影響其寡聚和造成細胞死亡的能力,因此本文作者嘗試探究GSDMD的C191位上是否發生了棕櫚酰化修飾,以及修飾是否影響了GSDMD的功能。

作者首先使用炔基衍生的棕櫚酸探針標記細胞,經過click反應并成像后發現GSDMD上的確存在棕櫚酰化修飾。隨后他們通過生物素交換反應證實,棕櫚酰化修飾發生在全長以及N端的GSDMD上,并通過對GSDMD的半胱氨酸進行點突變證實了修飾發生在C191位上。為了對修飾水平進行定量,他們在高ROS條件下通過還原去除GSDMD上的棕櫚酰化,再通過對還原產生的乙基棕櫚酸進行定量,確定了高ROS條件下修飾水平達到91%。

為了在體外實驗中初步探索C191位棕櫚酰化修飾的功能,他們發現使用羥胺處理去除棕櫚酰化后GSDMD-NT的寡聚化完全消失,對C191位進行突變或抑制棕櫚酰化修飾酶均有相同的效果,說明GSDMD-NT的棕櫚酰化修飾對其寡聚過程至關重要。另外,體外脂質體的實驗表明,C191位對于GSDMD-NT破壞脂質體結構也起關鍵作用。

為了研究炎癥小體激活過程中GSDMD上棕櫚酰化的功能,他們首先發現在巨噬細胞中激活炎癥小體會導致全長以及GSDMD的N端結構域棕櫚酰化修飾的上調。對內源GSDMD敲除并回補D275A突變體(會導致GSDMD無法被切割釋放N端)后他們發現,即使此時GSDMD無法被切割激活,細胞在誘導焦亡后依然出現特征性的IL-1β釋放以及細胞死亡現象。后續作者進一步發現,細胞內ROS能夠促進GSDMD的棕櫚酰化,并且GSDMD的棕櫚酰化又能夠進而破壞線粒體來增加ROS生成,二者以相互促進的方式促使細胞焦亡發生。

前面關于全長GSDMD的結果暗示著GSDMD可能無需切割也可發揮上膜打孔的功能。為了驗證這一猜想,作者在體外實驗中發現棕櫚酰化修飾的全長GSDMD同樣可以破壞脂質體膜,細胞實驗也表明,通過D275A突變來阻止GSDMD后細胞同樣能夠發生焦亡,且增加細胞內ROS水平同樣能夠促進這一過程,后續作者通過全長的棕櫚酰化GSDMD冷凍電鏡結構對其成孔機制進行了解釋。

最后,作者通過對已知的棕櫚酰化修飾酶進行敲低確定了GSDMD的棕櫚酰化修飾酶是zDHHC5和zDHHC9,并且ROS是通過抑制蛋白酶體對zDHHC5和zDHHC9的降解來上調GSDMD的棕櫚酰化修飾水平。
總之,這篇文章發現GSDMD的C191位棕櫚酰化修飾對其功能至關重要,其重要程度要高于GSDMD被caspase的切割,且該修飾在焦亡過程中的產生依賴于細胞內的ROS。