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景杰生物助力北京大学罗建沅课题组发文Molecular Cell,揭示细胞应激反应和结肠癌肿瘤发生的新机制

发布时间: 2019-05-13
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景杰生物助力北京大学罗建沅课题组发文Molecular Cell,揭示细胞应激反应和结肠癌肿瘤发生的新机制

蛋白质酰化修饰(Acylation)参与多种生物学过程调控,也是近年来备受瞩目的研究热点。从广度上来讲,多种新型酰化修饰被不断发现,且各自在功能和调控机制上有不同的倾向性,展现了这一新兴研究领域的广阔前景;而从深度上来讲,机制的研究愈发精细,从最初的组蛋白调控作用,到如今进展迅速的非组蛋白调控机制,都体现出酰化修饰作为一种广泛存在的修饰类型具有多样的生物学功能。

关于乙酰化在非组蛋白中的功能,近年来已有陆续报道,其中很重要的一个层面就是能量代谢的调控。例如在饥饿的条件下,底物浓度乙酰辅酶A的大幅下调和去乙酰化酶SIRT3的高表达,会从两个不同的维度导致整体蛋白质乙酰化修饰水平的下降,并影响一系列代谢酶的功能活性[1-3]。但是有趣的是,这个过程中也会有一些蛋白质出现逆势上调的趋势。那么,这些“另类”的蛋白,究竟是参与何种作用的呢?

51日,北京大学基础医学院罗建沅课题组在Molecular Cell发表题为Acetylation of PHF5A modulates stress response and colorectal carcinogenesis through alternative splicing mediated upregulation of KDM3A的研究报道揭示PHF5A蛋白的乙酰化能够通过调节KDM3A介导的选择性剪切,来调控在细胞应激反应,并结肠癌发生中发挥重要的作用(1) 景杰生物作为共同单位之一参与了该文章的乙酰化修饰组分析工作。

 

景杰生物助力北京大学罗建沅课题组发文Molecular Cell,揭示细胞应激反应和结肠癌肿瘤发生的新机制 

1 Graphical Abstract

 

研究人员首先通过TMT标记的定量乙酰化组学方法,分析HCT116细胞在饥饿的条件下蛋白质乙酰化水平的变化,鉴定出58个乙酰化修饰上调的蛋白(Acetylation upregulated protein, AUPs)。通过生物信息学分析,发现一类RNA结合蛋白在上调蛋白中显著富集(2)。在这些蛋白中PHF5A引起了研究人员的格外关注,该蛋白作为剪接体U2 snRNPs复合物的组分,主要在前体RNA剪切的过程中发挥了识别内含子3’端的分支点序列(Branch Point SequenceBPS)的作用,从而保证RNA剪切过程的精准无误。此外,该蛋白还可以作为共激活因子来促进基因的转录。鉴于该蛋白的重要作用,以及其K29位点乙酰化在饥饿条件下显著上调,研究者推测其在饥饿应急条件下发挥重要功能。

 

景杰生物助力北京大学罗建沅课题组发文Molecular Cell,揭示细胞应激反应和结肠癌肿瘤发生的新机制 

2 乙酰化修饰组的分析揭示RNA结合蛋白乙酰化在饥饿条件下显著上调

 

研究者从上下游两个方面来研究其具体的机制和功能。在上游方面,通过体内和体外实验,研究者发现p300是其主要的乙酰转移酶,如果把p300敲低之后,PHF5A-K29的乙酰化将不再响应外界刺激条件的改变。这证明了p300可以感应细胞内的刺激,并且上调PHF5A-K29的乙酰化修饰水平

在下游作用机制的研究方面,研究者通过点突变的方法来研究其功能。实验结果显示,正向的K29Q突变体比起WT能够更加紧密结合U2 snRNPs相关蛋白,并且促进了癌细胞的增值。通过RNA-seq的结果发现PHF5A K29Q能够影响190个基因的表达水平和539个基因的剪切方式。由于剪切过程中的内含子通常能引起无义介导的mRNA降解[4],研究者分析出了11个剪切方式和表达水平均受到PHF5A K29Q的影响基因,其中包括去甲基化酶KDM3A研究者还进一步通过实验证明了PHF5A K29Q能够通过上调KDM3A激活Wnt信号通路下游靶基因的转录。

基础医学的成果最终还是要回归到临床问题接下来研究者选取了90对结肠癌患者的癌症和癌旁组织进行免疫组化染色,发现PHF5A-K29乙酰化水平在癌症组织中明显高于癌旁组织,和结肠癌AJCC临床分期具有明显的相关性PHF5A呈高乙酰化状态组的患者三年生存率明显低于呈低乙酰化状态组患者(3)这个结果有力支持了前述的机制研究理论。

 

景杰生物助力北京大学罗建沅课题组发文Molecular Cell,揭示细胞应激反应和结肠癌肿瘤发生的新机制 

3 PHF5AK29乙酰化水平同结肠癌患者生存期密切相关

 

本研究以基于质谱的蛋白质修饰组学为切入点,寻找到一个新的显著差异的蛋白位点,进而通过细致的生物学研究,再回归到临床样本的检测验证,完成了一个典型的“组学分析-机制研究-临床验证”的完整story,也再次扩充了人们对于蛋白质乙酰化修饰功能的理解。

 

原文链接:https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(19)30279-5

 

参考文献:

1. Mariño G, Pietrocola F , Eisenberg T , et al. Regulation of autophagy by cytosolic acetyl-coenzyme a.[J]. Molecular Cell, 2014, 53(7):710-25.

2. Shi L , Tu B P . Acetyl-CoA and the regulation of metabolism: mechanisms and consequences[J]. Current Opinion in Cell Biology, 2015, 33:125-131.

3. Hebert A , Dittenhafer-Reed K , Yu W , et al. Calorie Restriction and SIRT3 Trigger Global Reprogramming of the Mitochondrial Protein Acetylome[J]. Molecular Cell, 2013, 49(1):186-199.

4. Chang Y F , Imam J S , Wilkinson M F . The Nonsense-Mediated Decay RNA Surveillance Pathway[J]. Annual Review of Biochemistry, 2007, 76(1):51-74.


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