不同酪氨酸激酶級聯活化突變型和野生型檸檬酸脫氫酶1的機制

2021-01-11 騰訊網

腫瘤細胞一大特徵為細胞能量代謝的重編程，而這種重編程主要依賴於基因組的不穩定性和易變性賦予癌細胞基因改變，從而推動腫瘤的發展。腫瘤細胞基因組的高通量DNA測序分析揭示了某些人類腫瘤的體細胞突變，這些突變預示了通常由激活的生長因子受體觸發的信號通路的持續激活（如FLT3）。

「代謝重編程」和「代謝重組」這兩個術語的出現與使用，可以更好的理解腫瘤細胞中的代謝改變。從定義的角度來看，「代謝重編程」代表了癌細胞的「軟體變化」，描述了這種增殖細胞通常由於生長因子的誘導，但會被致癌信號阻斷；而「代謝重組」則代表了癌細胞的「硬體改變」，並描述了由於癌基因突變體的新功能而引起的代謝改變，這在正常細胞中是沒有發現的。

膠質瘤和急性髓系白血病（AML）中異檸檬酸脫氫酶（IDH）1和2突變的鑑定代表了一個重新整合的過程，因為這些突變賦予IDH1/2新功能，產生腫瘤代謝物2-羥基穀氨酸（2-HG）來調節癌症表觀遺傳學，而這在攜帶野生型（WT）IDH1/2的正常細胞中是不存在的。

這項研究由埃默裡大學醫學院陳靜團隊完成，並發表在《Cancer Discovery》上（2019 IF: 29.497），題目為「Mutant and Wild-Type Isocitrate Dehydrogenase 1 Share Enhancing Mechanisms Involving Distinct Tyrosine Kinase Cascades in Cancer」

陳靜教授團隊證明了致癌的酪氨酸激酶（TKs）與野生型和突變型IDH1的激活之間的內在聯繫，這涉及相關癌症中不同的酪氨酸激酶級聯。特別強調的是，這些結果為突變型IDH1陽性AML提供了一種有前途的臨床治療方法，即為FLT3和突變型IDH1抑制劑的聯合應用提供了一個新的理論基礎。

FLT3和IDH1的內在關係

不同的酪氨酸激酶磷酸化

IDH1不同的酪氨酸位點

這些數據表明，這兩類TKs均可通過IDH1的Y42或Y391位的磷酸化方式活化IDH1 WT或R132H突變體，這些結果表明WT和突變型IDH1可能具有相同的酪氨酸磷酸化調控機制。

Y42位磷酸化

促進IDH1二聚化和隨之的底物結合

在確定了Y42位磷酸化增強二聚體形成促進IDH1激活的機制後，又發現IDH1二聚體的IDH1突變體或野生型對14C標記的α-酮戊二酸（14C-αHG）或3H標記的檸檬酸鹽具有高親和力，表明IDH1二聚體的形成促進了與底物的結合。有趣的是，包含rMET和rEGFR的1類TKs會促進14C-αHG結合IDH1突變體，3H-檸檬酸鹽結合IDH1野生型，而包含FLT3的2類TKs不影響這種結合。

Y391位磷酸化促進NADP+結合IDH1

IDH1的各種結構模型預測都顯示了Y391位靠近NADP+的結合位點。為弄清這一猜想，研究人員利用了一種被稱為CL-6B瓊脂糖珠的材料，CL-6B可以模擬NADP+，是以NADP+為底物的多種脫氫酶的假親和配體。結果表明，包含rFLT3和rSrc的2類TKs（而不是1類TKs）會導致與CL-6B瓊脂糖珠結合的IDH1蛋白量顯著增加，顯示IDH1與NADP+的結合增強，表明2類TKs誘發的Y391位磷酸化可能參與了輔因子NADP+與IDH1的結合。進一步研究顯示，只有Src和FLT3能夠促進IDH1野生型和Y42F突變型結合CL-6B瓊脂糖珠，而不是Y391F突變型，表明2類TKs誘發的Y391為磷酸化促進NADP+結合IDH1。

Y42磷酸化只發生在IDH1單體中，

而Y391磷酸化可發生在單體和二聚體IDH1中

FGFR1誘導的Y42位磷酸化只發生於純化的單體IDH1野生型或突變型中，進而促進IDH1單體向二聚體轉化，增強酶活性；而FGFR1不能磷酸化純化的二聚體IDH1野生型蛋白Y42位，也不會改變二聚體含量和酶活性。相反，FLT3誘導的Y391位磷酸化在純化的單體或二聚體IDH1蛋白中均可發生，單體IDH1的Y391位磷酸化不會促進二聚體的形成，但會增強酶活性，這是因為增強了輔因子NADP+的結合。事實上，單體IDH1野生型或突變型蛋白會自發不同程度地時間依賴性的形成二聚體，這也解釋了非磷酸化的單體IDH1野生型或突變型蛋白也會有本底水平的酶活性。而二聚體IDH1野生型或突變型蛋白也會自發不同程度地時間依賴性的轉化成單體，但rFGFR1會抑制這種轉化。這些數據共同表明，Y42磷酸化發生在IDH1單體中，促進二聚體形成，一旦二聚體形成，Y42磷酸化穩固二聚體狀態。

FLT3WT或ITD突變型通過直接磷酸化Y391和間接磷酸化Y42

來增強AML細胞中IDH1WT或突變型的活性

總結

FLT3（不論是野生型或突變型）可以間接通過JAK2磷酸化IDH1的 Y42位，也可以直接磷酸化IDH1 的Y391位，二個磷酸化位點分別通過調節IDH1二聚化及與NADPH底物的結合能力，促進了IDH1突變型腫瘤細胞產生2-羥基穀氨酸（2-HG），而由野生型IDH1催化產生的α-酮戊二酸（α-KG）的減少，從而影響了α-KG為配體的JHD1和TET2基因，促進AML的發生與發展。本研究為攜帶酪氨酸激酶或IDH1基因突變的AML患者聯合用藥提供了理論指導。

【參考文獻】

1. Hanahan D, Weinberg R A. Hallmarks of Cancer: The Next Generation[J]. Cell, 2011, 144(5): 646-674.

2. Cairns R A, Mak T W. Oncogenic Isocitrate Dehydrogenase Mutations: Mechanisms, Models, and Clinical Opportunities[J]. Cancer Discovery, 2013, 3(7): 730-741.

來源：血液病醫院精準診斷平臺

編輯：小冉 審校：Rose

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