Cyclin D-CDK4二硫键减弱肺血管细胞增殖

背景：肺动脉高压（PH）是一种慢性血管疾病，其特点包括平滑肌细胞过度增殖以及细胞氧化还原和代谢平衡紊乱。氧化剂诱导细胞周期阻滞以停止增殖；然而，介导这些过程的氧化还原调控效应蛋白知之甚少。在此，我们报道了细胞周期蛋白D-CDK4（细胞周期蛋白依赖性激酶4）中的一个新的激酶抑制性二硫键，并研究其在细胞增殖和PH中的作用。方法：在人肺动脉平滑肌细胞和人肺动脉内皮细胞中检测了cyclin D-CDK4的氧化修饰。利用定点突变、串联质谱、细胞实验、体外激酶活性测定、计算机结构建模以及一种新型氧化还原失活的组成型敲入小鼠，来研究CDK4半胱氨酸修饰的性质并明确其在肺血管细胞增殖中的重要性。此外，在肺动脉高压患者的肺动脉和分离的人肺动脉平滑肌细胞以及3种PH临床前模型中，评估了cyclin D-CDK4的体内氧化。结果：Cyclin D-CDK4在体外细胞和体内肺动脉中形成可逆的氧化剂诱导的异源二聚体二硫键，分别位于C7/8和C135，抑制cyclin D-CDK4激酶活性，降低Rb（视网膜母细胞瘤）蛋白磷酸化，并诱导细胞周期阻滞。CDK4 C135突变导致激酶受损表型，降低细胞增殖速率，并减轻实验性小鼠PH模型的疾病表型，表明该半胱氨酸对cyclin D-CDK4激酶活性不可或缺。来自肺动脉高压患者的肺动脉和人肺动脉平滑肌细胞显示CDK4二硫键水平降低，与CDK4在人类肺动脉高压中过度活跃一致。此外，金诺芬治疗可诱导cyclin D-CDK4二硫键，通过减轻肺血管重塑减轻实验性PH模型的疾病严重程度。结论：cyclin D-CDK4中的一个新型二硫键作为快速开关抑制激酶活性并停止细胞增殖。这种氧化修饰发生在CDK4特有的关键半胱氨酸残基上，为设计选择性共价抑制剂提供了潜力，预计对PH有益。