Neddylation修饰的PTEN蛋白促进乳腺癌的发生发展
责编丨兮
PTEN是继p53后另一个较为广泛地与肿瘤发生关系密切的抑癌基因 ， 纯合缺失PTEN基因的小鼠胚胎致死 ， 杂合缺失PTEN基因的小鼠则自发形成多种类型的肿瘤 ， PTEN在多种肿瘤中的突变或者缺失与肿瘤发生高度相关 。 然而在乳腺癌患者体内PTEN突变率极低 ， 但仅仅20-30%的PTEN蛋白水平降低即可以促进乳腺癌的发生发展 ， 其中机制不明 。 已知胞浆中PTEN蛋白的主要功能是通过其脂质磷酸酶活性 ， 调节第二信使PIP3的磷酸化水平 ， 阻断Akt/PKB通路 ， PTEN的失活将导致PI3K/Akt通路处于持续性活化状态 。 核内PTEN蛋白可以与p53形成核内复合体 ， 抑制p53降解并增强p53的转录活性；能够与组蛋白H1结合 ， 影响组蛋白H1的动态活性 ， 与RAD51相互作用调节DNA同源重组修复 ， 调控PARP1参与DNA双链断裂修复通路 ， 从而调节染色体重塑和基因表达 ， 因此PTEN缺失的细胞对于DNA损伤极其脆弱 。 核内PTEN蛋白的缺失会促进肿瘤的发生发展 ， 表明核内PTEN也主要发挥抑癌功能 。 PTEN如何进入核内是目前的研究热点 ， PTEN入核受到多种蛋白质翻译后修饰的调控 ， 包括乙酰化、泛素化、类泛素SUMO化修饰 。 单泛素化修饰驱动PTEN蛋白由胞浆转移至胞核 ， SUMOylation也是控制PTEN蛋白核内定位的关键 。
在一众类泛素分子中 ， Nedd8是和泛素相似程度最高的分子 ， 所进行的类泛素化修饰称为Neddylation 。 遗传学证据表明Neddylation为个体发育、存活所必需 ， 与肿瘤的关系尤为密切 ， Neddylation激活酶（E1）的抑制剂MLN4924已经进入临床前三期肿瘤治疗阶段 。 上述均表明Neddylation具有极为重要的生物学功能 。 但是 ， PTEN蛋白是否发生Neddylation修饰尚无研究 。
2020年 12月9日 ， 军事医学研究院张令强研究员、首都医科大学谢萍副教授合作（谢萍副教授和彭志强博士研究生是文章的共同第一作者）在Cell Research上在线发表了题为Neddylation of PTEN regulates its nuclear import and promotes tumor development 的关于Nedd8共价修饰PTEN蛋白并调控其功能的研究性文章 。 本研究发现重要抑癌蛋白PTEN为Neddylation修饰新底物 ， Neddylation逆转PTEN蛋白的抑癌功能并促进乳腺癌的发生发展 ， 该工作揭示了重要抑癌蛋白PTEN的全新翻译后修饰 ， 丰富了临床上部分肿瘤中PTEN失活的可能机制 ， 拓展了人们对Neddylation功能的认知 ， 为MLN4924应用于临床乳腺癌治疗提供分类治疗和精准治疗的参考依据 。
文章插图
他们发现：PTEN可以发生Neddylation修饰 ， 并鉴定K197和K402为关键的修饰位点 。 葡萄糖浓度调控Neddylation连接酶XIAP催化PTEN发生Neddylation修饰 ， 高葡萄糖浓度促进PTEN Neddylation ， 低葡萄糖浓度则抑制PTEN Neddylation 。 值得注意的是 ， Neddylation修饰并不影响PTEN蛋白稳定性和磷酸酶活性 ， 而是促进PTEN在细胞核内聚集 。 IP-MS结果显示Nedd8可以结合多个入核蛋白importins ， 提示Neddylation修饰可能介导底物的核质穿梭 。 Neddylation修饰促进PTEN入核 ， 促使胞浆中PI3K/Akt通路激活 ， 非常有意思的发现是 ， 与已知核内PTEN的抑癌功能截然相反 ， Neddylation修饰的PTEN入核后结合脂肪酸合成酶FASN ， 去除FASN的酪氨酸磷酸化修饰 ， 削弱泛素连接酶TRIM21和FASN的相互作用 ， 使FASN与泛素连接酶TRIM21相互作用减弱 ， FASN蛋白稳定性增强 ， 被活化的FASN增强脂肪酸从头合成途径（图1） 。
文章插图
图1. Neddylation修饰调控PTEN作用模式
为了进一步研究PTEN Neddylation修饰在肿瘤发生发展中的功能 ， 研究人员制备了特异性识别PTEN K402位点Neddylation修饰的多克隆抗体 ， 发现170例乳腺癌患者肿瘤样本中PTEN Neddylation修饰水平显著升高 ， 且与Neddylation修饰通路蛋白E1-UBA3、E3-XIAP的表达呈正相关、与NEDP1的表达呈负相关 。 另外 ， PTEN Neddylation修饰水平越高 ， 患者预后越差 ， 反之越好 。 多色免疫荧光芯片分析结果显示 ， Neddylation修饰后的PTEN与E1-UBA3、E3-XIAP、FASN在乳腺癌患者中存在共定位和共表达 ， 进一步证实PTEN Neddylation促进乳腺癌的恶性发生和发展 。
