GASDERMIN D; GSDMD

GASDERMIN 结构域蛋白 1； GSDMDC1
DFNA5-样； DFNA5L

HGNC 批准的基因符号：GSDMD

细胞遗传学位置：8q24.3 基因组坐标（GRCh38）：8:143,553,387-143,563,062（来自 NCBI）

▼ 说明

细胞焦亡是程序性坏死的一种形式，在炎症性半胱天冬酶（例如 CASP1；147678）激活时发生，涉及孔形成、膜破裂和胞质内容物渗漏。炎症性半胱天冬酶裂解 GSDMD 会释放 GSDMD 的 N 末端结构域，该结构域具有内在的细胞焦亡诱导活性（Shi et al., 2015）。

▼ 克隆与表达

Katoh 和 Katoh（2004）使用 GSDM 序列（GSDMA; 611218）查询人类数据库，鉴定出了 GSDMD，他们将其称为 DFNA5L。他们还鉴定了小鼠和大鼠的 Dfna5l。推导的人和小鼠蛋白质分别含有 484 和 487 个氨基酸，它们的同一性为 58.7%。所有 DFNA5L 直向同源物均具有较大的中央 DFNA5 结构域，包括卷曲螺旋和亮氨酸拉链结构域，但人 DFNA5L 在 tyr151 处具有假定的磷酸化位点，该位点在啮齿类动物中并不保守。 EST 数据库分析显示 DFNA5L 在胎盘、人 B 淋巴细胞系和 T 淋巴细胞系以及各种肿瘤组织中表达。

Saeki 等人通过显微解剖的人上消化道上皮进行 RT-PCR（2009）发现GSDMD在食管的分化细胞中表达，在胃的凹陷和峡部/颈部区域的分化细胞中表达较低。在检查的所有 21 个胃癌细胞系中也检测到了 GSDMD 表达。

▼ 基因结构

Katoh 和 Katoh（2004）确定 GSDMD 基因有 11 个外显子，长度为 4.7 kb。

▼ 测绘

通过基因组序列分析，Katoh 和 Katoh（2004）将 GSDMD 基因定位到染色体 8q24.3。

▼ 基因功能

佐伯等人（2009）发现人 GSDMD 的过度表达抑制 MKN28 人胃癌细胞的细胞生长。

Shi 等人使用全基因组 CRISPR-Cas9 核酸酶筛选小鼠骨髓巨噬细胞中的 Casp11（参见 602664）和 Casp1 介导的细胞焦亡（2015）确定了 Gsdmd。缺乏 Gsdmd 的细胞可抵抗胞质脂多糖（LPS）和炎性体配体诱导的细胞焦亡，并显示出 II1b 的有限释放（147720）。 CASP1、CASP4（602664）、CASP5（602665）或 Casp11 特异性切割 N 端和 C 端 GSDMD 结构域（分别为 GSDMD-N 和 GSDMD-C）之间的连接子，并且这种切割对于细胞焦亡是必要且充分的。分别发生在人或小鼠 GSDMD 的 asp275 或 asp276 之后的裂解释放了对 GSDMD-N 的分子内抑制，显示出细胞焦亡诱导活性。炎症性半胱天冬酶不会裂解其他 Gasdermin 家族成员，但其他 Gasdermin，包括 GSDMDA（611218），显示出自身抑制和 N 末端结构域介导的细胞焦亡诱导活性，与 GSDMD 类似。施等人（2015）得出结论，细胞焦亡是gasdermin 介导的程序性坏死。

茅垣等人（2015）表明 Gsdmd 对于小鼠 Casp11 依赖性细胞焦亡和 Il1b 成熟至关重要。缺乏 Gsdmd 的小鼠表现出细胞质 LPS 或革兰氏阴性细菌诱导的细胞焦亡和 Il1b 分泌缺陷。 Gsdmd -/- 小鼠受到保护，免受致死剂量的 LPS 的影响。 Casp11 裂解 Gsdmd，产生的 N 末端片段促进焦亡和 Nlrp3（606416）依赖性 Casp1 激活。茅垣等人（2015）得出结论，Gsdmd 是 Casp11 的关键靶标，也是宿主针对革兰氏阴性菌反应的关键介质。

Liu 等人使用免疫沉淀、SDS-PAGE 和免疫印迹分析（2016）表明，由激活的炎症半胱天冬酶产生的小鼠 Gsdmd 的 GSDMD-N 片段在膜中寡聚，形成电子显微镜可见的孔。 GSDMD-N 与磷脂酰肌醇磷酸盐和磷脂酰丝氨酸（存在于细胞膜的内叶中）以及心磷脂（存在于细菌膜的内叶和外叶中）结合。序列分析鉴定出位于一对预测的两亲性 α 螺旋中的 4 个进化保守的带正电残基（人类 GSDMD 中的 arg137、lys145、arg151 和 arg153）组成的簇。这 4 个残基的突变不会影响二级结构，但会阻止寡聚、膜结合、孔形成和焦亡。 GSDMD-NT 由于其脂质结合偏好而从细胞内部杀死，但在焦亡过程中释放时不会伤害邻近细胞。 GSDMD-NT 还在体外杀死无细胞细菌，并可能在宿主细胞的胞浆内具有杀菌作用。

鲁尔等人（2018）发现，通过 GSDMD 孔的钙流入作为细胞启动膜修复的信号，通过招募转移（ESCRT）机器所需的内体分选复合物到受损的膜区域（例如质膜）。典型或非典型炎症小体激活后，抑制 ESCRT-III 机制可显着增强人类和小鼠细胞的细胞焦亡和 IL1B 释放。鲁尔等人（2018）得出的结论是，他们的结果不仅将抗炎作用归因于 ESCRT-III 系统的膜修复，而且还提供了对细胞焦亡期间一般细胞生存机制的见解。

奥宁等人（2018）描述了控制 GSDMD 处理的途径。耶尔森菌效应蛋白 YopJ 对 TAK1（602614）或 I-kappa-B 激酶（IKK；参见 600664）的抑制会引发 RIPK1（603453）和半胱天冬酶-8（601763）依赖性 GSDMD 裂解，随后导致细胞死亡。 GSDMD 处理还有助于 NLRP3（606416）炎症小体依赖性白细胞介素 1-β（IL1B；147720）的释放。因此，半胱天冬酶-8 充当 GSDMD 驱动的细胞死亡的调节剂。奥宁等人（2018）的结论是，他们的研究确立了 TAK1 和 IKK 活性在控制 GSDMD 裂解和细胞毒性中的重要性。

Zhu 等人使用 Gsdmd -/- 小鼠（2018）发现 Gsdmd 是宿主应对土拉弗朗西斯菌新杀亚种感染的防御所必需的。对 Gsdmd -/- 小鼠骨髓来源的巨噬细胞进行的研究表明，Gsdmd 对于炎症小体激活是必需的，Aim2（604578）对半胱天冬酶-1 的裂解和激活表明了这一点。此外，其他 Aim2 炎症小体触发因素（包括小鼠巨细胞病毒感染和聚（dA:dT）转染）需要 Gsdmd 来实现最佳半胱天冬酶-1 激活，并且 Gsdmd 在介导 Aim2 炎症小体激活后的细胞焦亡中发挥着关键作用。炎症小体激活后，Gsdmd 以需要 Aim2 炎症小体的方式被裂解。

汉弗莱斯等人（2020）指出，活化的巨噬细胞经历代谢转变为有氧糖酵解，积累克雷布循环中间体，从而改变免疫反应基因的转录。汉弗莱斯等人（2020）通过鉴定富马酸盐作为焦亡细胞死亡的抑制剂扩展了这些观察结果。递送至细胞的富马酸二甲酯或内源性富马酸与小鼠和人 GSDMD 在关键的半胱氨酸残基处反应，形成 S-（2-琥珀酰）-半胱氨酸。 GSDMD 琥珀化阻止了其与半胱天冬酶的相互作用，限制了其加工、寡聚化和诱导细胞死亡的能力。在小鼠中，通过靶向 Gsdmd，给予富马酸二甲酯可防止脂多糖休克并减轻家族性地中海热（249100）和实验性自身免疫性脑炎（多发性硬化症小鼠模型（MS; 126200））。研究结果将 GSDMD 确定为富马酸盐的靶标，并揭示了基于富马酸盐的疗法（包括富马酸二甲酯）用于治疗多发性硬化症的作用机制。