9月14日，《Nature》在線發表了哥倫比亞大學顧偉教授實驗室題為「Acetylation-regulated interaction between p53 and SET reveals awidespread regulatory mode」的論文。同時，《Nature》也專門配發了題為「Cancer: Acidic shield puts a chink in p53's armour」的評論，高度評價了這一工作，並且提出未來在腫瘤治療方面的新思路。BioArt有幸邀請到了該文的第一作者王東來博士撰寫了一篇中文的學術報導。王東來博士畢業於北京大學醫學部朱衛國教授課題組，博士期間有兩篇第一作者的論文發表於《PNAS》，博士畢業後進入哥倫比亞大學顧偉教授實驗室做博後。
《Nature》文章截圖
《Nature》評論文章截圖
顧偉教授1986年畢業於北京大學，1995年獲美國哥倫比亞大學博士學位，1995-1998年在洛克菲勒大學Robert Roeder教授實驗室做博後，199年到哥倫比亞大學做助理教授，2004年拿到Tenured的副教授職位，2007年至今在哥倫比亞大學醫學中心擔任正教授，現任Abraham and Mildred Goldstein Endowed Professor and Vice-Chairman for Cancer Research at the department of Pathology and Cell biology and Institute for Cancer genetics in Columbia University。顧偉教授主要從事p53在腫瘤抑制和老化兩方面的課題研究。他在p53相關調控通路（乙醯化和去泛素化）研究領域取得了傑出成就（最早發現p53乙醯化修飾），在Cell、Nature、Science、Nature Cell Biol.、Nature Genetics、Molecular Cell和Cell Metab.等國際權威雜誌上發表論文超過120篇，包括以第一作者或通訊作者在Cell、Nature和Science發表論文近20篇，總論文被引次數超過2.5萬，H指數為64，並擔任Cell、Nature、Science和PNAS等國際權威期刊的特約評審人。
以下為王東來博士撰寫的學術報導：
2016年9月14日《Nature》在線發表哥倫比亞大學顧偉教授實驗室的研究論文《Acetylation-regulated interaction between p53 and SET reveals a widespread regulatory mode》，揭示乙醯化修飾對腫瘤抑制蛋白p53調控的新機制，並發現一類富含酸性胺基酸的蛋白（acidic domain-containing protein），其酸性結構域可特異性地結合其他蛋白的非乙醯化狀態的賴氨酸富集區 (lysine-rich domain)，作為一類新的「閱讀器 （reader）」讀取與其相互作用的蛋白中包含的信息。
p53 被稱為「基因組衛士」，是一種重要的腫瘤抑制蛋白，主要通過其作為轉錄因子的角色參與調控細胞中多種重要的病理、生理進程，如細胞周期調控、凋亡、衰老、代謝以及發育和分化。p53的活性受多種翻譯後修飾（posttranslationalmodifications）的調節，如磷酸化、乙醯化、泛素化和甲基化等。顧偉教授實驗室的研究重點側重於p53的乙醯化修飾，先後鑑定出位於p53羧基末端結構域（C-terminal domain，CTD) 和DNA-結合結構域（DNA-bindingdomain)的多個可發生乙醯化修飾的賴氨酸位點。其中，CTD的乙醯化是第一個被發現的非組蛋白乙醯化修飾模型，因而多年來一直受到關注。雖然一系列體外實驗證據顯示CTD乙醯化有上調p53轉錄活性、增強p53-DNA相互作用的親和力以及維持p53蛋白穩定性等功能，但一直缺乏合適的動物模型從內源性實驗的角度直接證明p53 CTD乙醯化的重要性。另一方面，CTD乙醯化調控p53功能的分子機制還沒有完全揭示。
作為一個經典的轉錄因子，p53需要招募一系列轉錄共激活因子（co-activator)或轉錄共抑制因子（co-repressor) 共同參與其對下遊把基因的轉錄調控。CTD本身通常被認為是一個對p53起負性調控作用的結構域，很可能參與對上述因子特別是轉錄共抑制因子招募。而CTD乙醯化則可能通過調節CTD對這些因子的招募，來調控p53的轉錄活性。基於這一假設，顧偉教授實驗室首先通過合成一對帶有生物素標籤的非乙醯化CTD肽段和乙醯化CTD肽段作為「誘餌 （bait）」，從製備的蛋白質組中篩選潛在的、其與p53相互作用受CTD乙醯化狀態調控的蛋白因子。通過聯合質譜分析技術，研究人員成功鑑定出促癌蛋白（oncoprotein）SET 作為一個主要的蛋白因子特異性地與非乙醯化的CTD結合，而CTD乙醯化則完全破壞這種相互作用。進一步的細胞學實驗證明CTD乙醯化對p53-SET相互作用的調控在體內確實存在。需要指出的是發生在CTD賴氨酸殘基上的其他翻譯後修飾如甲基化、泛素化和類泛素化（包括sumoylation和neddylation）則對p53-SET的相互作用沒有影響。功能上，SET作為p53的轉錄共抑制因子通過與p53的相互作用被招募到p53下遊靶基因的啟動子區，發揮抑制p53轉錄活性的作用。SET不影響p53的翻譯後修飾、蛋白穩定性以及p53在其靶基因啟動子區的結合能力，其轉錄抑制活性是通過抑制乙醯基轉移酶p300/CBP對p53靶基因啟動子區組蛋白H3K18/H3K27的乙醯化來實現的。在細胞應對DNA損傷時，p53的蛋白水平以及其在下遊靶基因啟動子區的富集程度均顯著增加，而細胞中SET的蛋白水平沒有明顯變化。但是，由於此應激條件下p53 CTD 乙醯化水平的升高，明顯地抑制了p53-SET的相互作用以及SET在p53下遊靶基因啟動子區的富集。這一發現揭示了一個新的CTD乙醯化的分子調控機制，即CTD乙醯化通過破壞轉錄共抑制因子與p53的相互作用，「去抑制 （de-repress)」 p53的轉錄活性。
腫瘤細胞往往不能耐受野生型p53的存在，超過50%的人類腫瘤中發現p53基因的缺失或突變。然而，仍然有一類腫瘤保有野生型p53，但其活性受到明顯的抑制。因此上調該類腫瘤中野生型p53的活性可作為一種有意義的治療手段。SET 作為促癌蛋白在多種類型的腫瘤中呈現過表達（overexpression）的狀態，研究人員發現，在p53野生型的腫瘤細胞中，下調內源性SET的表達，顯著上調野生型p53的活性，進而抑制腫瘤細胞的體外增值以及腫瘤細胞在免疫缺陷小鼠體內的成瘤能力。為了進一步研究SET對內源性野生型p53活性的調節作用，研究人員通過RNA-seq分析，發現了數十個p53下遊靶基因的表達同樣以p53依賴的方式受SET的調節，而這些基因在功能上並不僅局限於某一個方面，證明SET對內源性p53活性調節的普遍性意義。為了研究生理條件下SET對p53的作用，研究人員建立了條件性Set基因敲除 （Set conditional KO） 的小鼠模型。純合性Set基因敲除的小鼠呈現出胚胎期致死的表型，其胚胎中p53下遊靶基因p21和 Puma的表達顯著增加，提示Set基因敲除上調胚胎中p53的活性。此外，通過腺病毒感染的方式在條件性Set基因敲除的小鼠胚胎纖維細胞（MEFs）中表達內切酶Cre來敲除Set的表達，同樣發現p53靶蛋白p21 和Puma表達的上調，進一步證明SET是一個重要的內源性p53調節因子。
生物化學分析發現，p53 CTD與SET的酸性結構域（acidicdomain）直接結合。p53 CTD是一個賴氨酸富集區,呈正電性；SET的酸性結構域富含酸性胺基酸天冬氨酸和穀氨酸，呈高度的負電性。因此，研究人員推測，這種相互作用可能基於兩個結構域之間的電荷效應。當賴氨酸發生乙醯化修飾，其帶有的正電荷被中和，兩個結構域之間失去了電荷效應，因此相互作用被破壞。基於這一假設，研究人員發現其他含有酸性結構域的蛋白VPRBP，DAXX和PELP1以同樣的模式與p53 CTD結合，並且這種結合被p53 CTD乙醯化所破壞。另一方面，研究人員還發現組蛋白H3，KU70和FOXO1也含有可被乙醯化修飾的賴氨酸富集區並且這些賴氨酸富集區可以與SET的酸性結構域直接作用。相似的，這些相互作用同樣被乙醯化修飾所拮抗。以往的研究認為乙醯化修飾可作為一個「標記」招募含有bromo結構域 （bromodomain）的「閱讀器」來「解碼」乙醯化修飾中包含的信息。而顧偉教授實驗室的研究提示酸性結構域可以作為一種新的、廣泛存在的「閱讀器」來解碼非乙醯化狀態下蛋白包含的信息。進一步應用生物信息學分析發現，人類蛋白質組中普遍存在含有賴氨酸富集區的蛋白和含有酸性結構域的蛋白，未來通過研究乙醯化修飾對這些潛在相互作用的調節，可能進一步揭示酸性結構域作為「閱讀器」的普遍性。
為了進一步探索p53 CTD乙醯化的作用，研究人員構建了模擬CTD乙醯化狀態的突變p53（p53KQ/KQ）小鼠模型。該模型的純合性小鼠呈現出生後致死（neonatal lethal）的表型，多個組織中表現出普遍增強的p53活性。從該小鼠模型分離得到小鼠胚胎纖維細胞表現出明顯的細胞增殖障礙和細胞衰老的特徵，並且其表達的與增殖障礙和衰老相關的p53下遊蛋白標誌p21明顯升高。這些表型進一步證明p53 CTD乙醯化在生理狀態下的重要作用。此外，研究人員還發現，與野生型p53相互作用的含有酸性結構域的蛋白Set、Vprbp、Daxx和Pelp1不能與p53KQ相互作用，提示失去這一類蛋白對內源性p53的調控可能是p53KQ 活性增強的機制之一。
（特別感謝王東來博士的熱情撰文。）
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