責編丨兮
PTEN是繼p53後另一個較為廣泛地與腫瘤發生關係密切的抑癌基因，純合缺失PTEN基因的小鼠胚胎致死，雜合缺失PTEN基因的小鼠則自發形成多種類型的腫瘤，PTEN在多種腫瘤中的突變或者缺失與腫瘤發生高度相關。然而在乳腺癌患者體內PTEN突變率極低，但僅僅20-30%的PTEN蛋白水平降低即可以促進乳腺癌的發生發展，其中機制不明。已知胞漿中PTEN蛋白的主要功能是通過其脂質磷酸酶活性，調節第二信使PIP3的磷酸化水平，阻斷Akt/PKB通路，PTEN的失活將導致PI3K/Akt通路處於持續性活化狀態。核內PTEN蛋白可以與p53形成核內複合體，抑制p53降解並增強p53的轉錄活性；能夠與組蛋白H1結合，影響組蛋白H1的動態活性，與RAD51相互作用調節DNA同源重組修復，調控PARP1參與DNA雙鏈斷裂修復通路，從而調節染色體重塑和基因表達，因此PTEN缺失的細胞對於DNA損傷極其脆弱。核內PTEN蛋白的缺失會促進腫瘤的發生發展，表明核內PTEN也主要發揮抑癌功能。PTEN如何進入核內是目前的研究熱點，PTEN入核受到多種蛋白質翻譯後修飾的調控，包括乙醯化、泛素化、類泛素SUMO化修飾。單泛素化修飾驅動PTEN蛋白由胞漿轉移至胞核，SUMOylation也是控制PTEN蛋白核內定位的關鍵。
在一眾類泛素分子中，Nedd8是和泛素相似程度最高的分子，所進行的類泛素化修飾稱為Neddylation。遺傳學證據表明Neddylation為個體發育、存活所必需，與腫瘤的關係尤為密切，Neddylation激活酶（E1）的抑制劑MLN4924已經進入臨床前三期腫瘤治療階段。上述均表明Neddylation具有極為重要的生物學功能。但是，PTEN蛋白是否發生Neddylation修飾尚無研究。
2020年 12月9日，軍事醫學研究院張令強研究員、首都醫科大學謝萍副教授合作（謝萍副教授和彭志強博士研究生是文章的共同第一作者）在Cell Research上在線發表了題為Neddylation of PTEN regulates its nuclear import and promotes tumor development 的關於Nedd8共價修飾PTEN蛋白並調控其功能的研究性文章。本研究發現重要抑癌蛋白PTEN為Neddylation修飾新底物，Neddylation逆轉PTEN蛋白的抑癌功能並促進乳腺癌的發生發展，該工作揭示了重要抑癌蛋白PTEN的全新翻譯後修飾，豐富了臨床上部分腫瘤中PTEN失活的可能機制，拓展了人們對Neddylation功能的認知，為MLN4924應用於臨床乳腺癌治療提供分類治療和精準治療的參考依據。
他們發現：PTEN可以發生Neddylation修飾，並鑑定K197和K402為關鍵的修飾位點。葡萄糖濃度調控Neddylation連接酶XIAP催化PTEN發生Neddylation修飾，高葡萄糖濃度促進PTEN Neddylation，低葡萄糖濃度則抑制PTEN Neddylation。值得注意的是，Neddylation修飾並不影響PTEN蛋白穩定性和磷酸酶活性，而是促進PTEN在細胞核內聚集。IP-MS結果顯示Nedd8可以結合多個入核蛋白importins，提示Neddylation修飾可能介導底物的核質穿梭。Neddylation修飾促進PTEN入核，促使胞漿中PI3K/Akt通路激活，非常有意思的發現是，與已知核內PTEN的抑癌功能截然相反，Neddylation修飾的PTEN入核後結合脂肪酸合成酶FASN，去除FASN的酪氨酸磷酸化修飾，削弱泛素連接酶TRIM21和FASN的相互作用，使FASN與泛素連接酶TRIM21相互作用減弱，FASN蛋白穩定性增強，被活化的FASN增強脂肪酸從頭合成途徑（圖1）。
圖1. Neddylation修飾調控PTEN作用模式
為了進一步研究PTEN Neddylation修飾在腫瘤發生發展中的功能，研究人員製備了特異性識別PTEN K402位點Neddylation修飾的多克隆抗體，發現170例乳腺癌患者腫瘤樣本中PTEN Neddylation修飾水平顯著升高，且與Neddylation修飾通路蛋白E1-UBA3、E3-XIAP的表達呈正相關、與NEDP1的表達呈負相關。另外，PTEN Neddylation修飾水平越高，患者預後越差，反之越好。多色免疫螢光晶片分析結果顯示，Neddylation修飾後的PTEN與E1-UBA3、E3-XIAP、FASN在乳腺癌患者中存在共定位和共表達，進一步證實PTEN Neddylation促進乳腺癌的惡性發生和發展。
原文連結：
https://www.nature.com/articles/s41422-020-00443-z
參考文獻
1. Di-Cristofano A, Pesce B, Cordon-Cardo C, Pandolfi P. Pten is essential for embryonic development and tumour suppression. Nat Genet. 1998, 19:348-355.
2. Song M, Salmena L, Pandolfi P. The functions and regulation of the PTEN tumour suppressor. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012, 13:283-296.
3. Bassi C, Ho J, Srikumar T, Dowling RJ, Gorrini C, Miller SJ, Mak TW, Neel BG, Raught B, Stambolic V. Nuclear PTEN controls DNA repair and sensitivity to genotoxic stress. Science 2013, 341:395-399.
4. Shen WH, Balajee AS, Wang J, Wu H, Eng C, Pandolfi PP, Yin Y. Essential role for nuclear PTEN in maintaining chromosomal integrity. Cell 2007, 128:157-170.
5. Enchev RI, Schulman BA, Peter M. Protein neddylation: beyond cullin-RING ligases. Nat Rev Mol Cell Biol. 2015, 16:30-44.
6. Soucy TA, Smith PG, Milhollen MA, Berger AJ, Gavin JM, Adhikari S, Brownell JE, Burke KE, Cardin DP, Critchley S, Cullis CA, Doucette A, Garnsey JJ, Gaulin JL, Gershman RE, Lublinsky AR, McDonald A, Mizutani H, Narayanan U, Olhava EJ, Peluso S, Rezaei M, Sintchak MD, Talreja T, Thomas MP, Traore T, Vyskocil S, Weatherhead GS, Yu J, Zhang J, Dick LR, Claiborne CF, Rolfe M, Bolen JB, Langston SP. An inhibitor of NEDD8-activating enzyme as a new approach to treat cancer. Nature 2009, 458: 732-737.
7. Menendez, J.A. & Lupu, R. Fatty acid synthase and the lipogenic phenotype in cancer pathogenesis.Nat. Rev. Cancer. 2007, 7: 763-777.
8. Lin, H.P. et al. Destabilization of Fatty Acid Synthase by Acetylation Inhibits De Novo Lipogenesis and Tumor Cell Growth. Cancer Res. 2016, 76: 6924-693
來源：BioArt
1980-2020
喜歡此內容的人還喜歡
原標題：《【學術前沿】張令強/謝萍團隊發現Neddylation修飾的PTEN蛋白的抑癌功能並促進乳腺癌的發生發展》
閱讀原文