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希佩尔-林道综合征(Von Hippel–Lindau disease,VHL综合征)是一种常染色体显性遗传性疾病。肾透明细胞癌(clear cell renal carcinoma, ccRCC)占据了所有肾癌的85%,而VHL蛋白的失活是肾透明细胞癌的标志【1】。VHL 蛋白与Elongin B, Elongin C, Cul2 和 Rbx1形成E3 酶复合体。正常环境下,低氧诱导因子α(hypoxia inducible factor α, HIFα, 包括 HIF1α and HIF2α)被EglN家族酶 (EglN1, EglN2 and EglN3)羟基化, 进一步被VHL 蛋白泛素并诱导降解。低氧环境下,VHL 蛋白的失活会导致HIFα的积累并转移到细胞核中与HIFβ(aryl hydrocarbon re-eptor nuclear translocator, 又称ARNT)形成二聚体。此二聚体进一步激活低氧特异性基因表达,如血管内皮生长因子(VEGF),诱发癌症(下图)【2】。针对HIF下游通路的抑制剂,如VEGF抑制剂等,在多数病人中都存在抗药性。此外,专门针对HIF2α的抑制剂PT2399, 也在多数肾癌类型中也存在抗药性【3,4】。因此,发现新的VHL底物及相应针对性的治疗方法,迫在眉睫。
2019年2月4日,美国德克萨斯大学西南医学中心张青教授带领团队在Molecular Cell杂志上在线发表了题为Genome-wide Screening Identifies SFMBT1 as an Oncogenic Driver in Cancer with VHL Loss的研究论文。该文揭示了SFMBT1是VHL的新底物,VHL的失活可导致SFMBT1的累积从而促进肾癌发生。
羟基化的HIF 与其它VHL的底物相互竞争VHL的结合位点。羟基化的HIF会抑制其它底物和VHL结合,而未羟基化的HIF则不能。据此,研究人员设置了巧妙的竞争筛选实验(参考张青实验室2018年Science 文章 PMID 30026228) (https://science.sciencemag.org/content/361/6399/290.long) 【5】,从近17,000 份cDNAs 中筛选出了VHL潜在底物SFMBT1(下图)。SFMBT1此前在癌症中的作用尚不明确。进一步,研究人员发现VHL 可下调SFMBT1 的表达并促进其泛素化降解,并且VHL 对SFMBT1的调节作用可被羟基化和泛素化抑制剂阻断,证明VHL 对SFMBT1的调控依赖于SFMBT1的羟基化和泛素化。研究人员进一步确认了SFMBT1的羟基化酶为EglN1并成功通过质谱技术找到SFMBT1的羟基化位点。
随后,研究人员检测了155份肾癌病人组织样品,发现与正常组织相比,SFMBT1 在肾癌样品中呈现高表达。同时,研究人员在VHL的缺失的肾透明癌细胞中敲降SFMBT1,发现细胞的增殖受到了抑制。进一步,在小鼠模型中,SFMBT1的敲降的肾透明癌细胞瘤的生长也受到了限制(下图),表明SFMBT1是肾透明癌细胞生长必需因子。
为了确定SFMBT1在肾透明癌中的促癌机制, 研究人员使用全基因组方法最终确立了SFMBT1 正向调节的16个基因,并选择了SPHK1基因进一步研究。SFMBT1与SPHK1 启动子结合,在多个DNA位点(以组蛋白H3K4me3和H3K27ac为标志)与SPHK1共同基序结合,调控SPHK1的转录。最后,研究人员进一步证实,SPHK1的抑制可以 在细胞水平以及小鼠模型中抑制肾透明癌细胞瘤的生长。尤其重要的是,在 HIF2α的抑制剂PT2399不能抑制肿瘤生长的肾透明癌细胞系UMRC2中,SPHK1的抑制剂有很好的抑制作用。这可能有益于更大的、具有不同遗传背景的患者群体。
这一工作发现了VHL的新底物SFMBT1,并且首次明确阐述了VHL-SFMBT1-SPHK1 信号通路在肾透明癌中的作用机制(下图)。
北卡罗莱那州大学教堂山分校的刘喜娟博士是该研究成果的第一作者。北京大学第一医院的龚侃实验室谢海标,哈佛医学院Marc Kirschner实验室吴涛博士,以及北卡罗莱那州大学教堂山分校的合作者Laura Herring ,Jeremy M. Simon,Albert S. Baldwin以及William Y. Kim也在该研究中做出了重要贡献。
原文链接:
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.01.009
参考文献
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