周文超/卞修武/張愛(ài)麗團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤等癌癥治療的潛在新靶點(diǎn)
膠質(zhì)瘤干細(xì)胞（GSC）位于腫瘤細(xì)胞分化層級(jí)的頂端，在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤GBM的發(fā)生、發(fā)展和治療抵抗中發(fā)揮關(guān)鍵作用。蛋白翻譯后加工，包括蛋白構(gòu)象變化和蛋白翻譯后修飾，可能在腫瘤細(xì)胞的干性獲得和維持中扮演重要角色。
蛋白構(gòu)象變化，特別是由肽基脯氨酸順?lè)串悩?gòu)酶（PPIases）催化的蛋白異構(gòu)化，在腫瘤細(xì)胞生命活動(dòng)的多個(gè)方面發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用。Pin1是在腫瘤中研究較多的PPIase，在多種腫瘤中上調(diào)表達(dá)，已被發(fā)現(xiàn)超過(guò)100個(gè)底物靶蛋白，被公認(rèn)為腫瘤治療的關(guān)鍵藥物靶點(diǎn)。然而Pin1高表達(dá)迄今主要被歸咎于其轉(zhuǎn)錄調(diào)控，蛋白穩(wěn)定性調(diào)控在其中的作用知之甚少。目前缺乏能夠靶向Pin1蛋白表達(dá)的抗癌策略。
蛋白的SUMOylation（SUMO化修飾）是近年來(lái)備受關(guān)注的一類(lèi)蛋白翻譯后修飾，高度的蛋白SUMO化促進(jìn)了結(jié)直腸癌、乳腺癌和腦癌等多種腫瘤發(fā)展。然而SUMO化修飾機(jī)制在正常細(xì)胞生命活動(dòng)中不可或缺，關(guān)鍵SUMO催化酶缺失導(dǎo)致小鼠胚胎致死，為了避免毒副作用，需要針對(duì)SUMO化發(fā)掘更有效和安全的藥物靶點(diǎn)。
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)周文超課題組、卞修武院士課題組聯(lián)合安徽醫(yī)科大學(xué)張愛(ài)麗課題組，在 Nature Communications 期刊發(fā)表了題為：Stabilization of Pin1 by USP34 promotes Ubc9 isomerization and protein sumoylation in glioma stem cells 的研究論文。
該研究發(fā)現(xiàn)，Pin1蛋白在膠質(zhì)瘤干細(xì)胞（GSC）中被去泛素化酶USP34穩(wěn)定而高表達(dá)，且Pin1通過(guò)催化已知唯一的SUMO E2酶Ubc9來(lái)促進(jìn)GSC中的全局蛋白SUMO化，并揭示了調(diào)控Pin1/USP34、Pin1/Ubc9結(jié)合的多個(gè)激酶，為靶向Pin1蛋白和全局蛋白SUMO化治療包括膠質(zhì)瘤在內(nèi)的癌癥提供了多個(gè)潛在藥物靶點(diǎn)，具有十分重要的基礎(chǔ)與轉(zhuǎn)化意義。
課題組前期研究中已發(fā)現(xiàn)Pin1在GSC中高表達(dá)且促進(jìn)蛋白SUMO1型SUMO化，從而促進(jìn)GSC維持和GBM發(fā)展。該研究中對(duì)Pin1上下游分子機(jī)制進(jìn)行了深入探討。研究人員使用蛋白酶體抑制劑MG132處理GSCs和對(duì)應(yīng)的非干性腫瘤細(xì)胞NSTC，發(fā)現(xiàn)NSTC中Pin1蛋白表達(dá)顯著上調(diào)至與GSCs一致水平；同時(shí)發(fā)現(xiàn)Pin1的泛素化水平在NSTC中顯著高于GSC；推斷Pin1蛋白表達(dá)受到泛素-蛋白酶體系統(tǒng)調(diào)控。通過(guò)免疫沉淀和蛋白質(zhì)譜，在GSC中發(fā)現(xiàn)與Pin1蛋白結(jié)合的泛素化酶USP34；通過(guò)一系列生化實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了USP34催化Pin1蛋白去泛素化而穩(wěn)定，鑒定到Pin1上K117的泛素化是USP34的作用位點(diǎn)；發(fā)現(xiàn)Pin1上S65位點(diǎn)被Plk1激酶磷酸化而促進(jìn)Pin1與USP34互作。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，與Pin1的促癌活力一致，能夠促進(jìn)Pin1蛋白穩(wěn)定高表達(dá)的USP34同樣促進(jìn)GSC維持和GBM生長(zhǎng)。另一方面，敲低USP34顯著降低了Pin1介導(dǎo)的SUMO1型蛋白SUMO化修飾，但SUMO2/3型蛋白SUMO化修飾不受影響。通過(guò)蛋白序列分析，研究人員推斷Ubc9是Pin1的靶蛋白；免疫共沉淀驗(yàn)證了Ubc9和Pin1結(jié)合；體外異構(gòu)化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Pin1催化Ubc9蛋白異構(gòu)化；進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Pin1結(jié)合Ubc9的pS71-P72基序并催化其異構(gòu)化，從而促進(jìn)Ubc9與SUMO1基團(tuán)（而非SUMO2/3基團(tuán)）形成硫酯體，進(jìn)而上調(diào)全局蛋白SUMO1型SUMO化修飾；Ubc9 S71位點(diǎn)磷酸化由CDK1激酶催化，CDK1抑制劑顯著抑制Pin1與Ubc9的互作。
在治療意義上，研究團(tuán)隊(duì)使用Pin1抑制劑sulfopin和CDK1抑制劑RO3306聯(lián)合治療荷瘤小鼠，有效的抑制了GSC中的SUMO1型蛋白SUMO化修飾，減緩了小鼠顱內(nèi)GBM的生長(zhǎng)，極大延長(zhǎng)了小鼠生存期。
Pin1被USP34去泛素化后通過(guò)異構(gòu)化Ubc9提高泛蛋白SUMO1型的SUMO化修飾促進(jìn)GSC維持和GBM發(fā)展
綜上所述，該項(xiàng)研究以膠質(zhì)瘤干細(xì)胞（GSC）為模型，闡明了腫瘤中調(diào)控Pin1蛋白穩(wěn)定性的上游機(jī)制，剖析了Pin1上調(diào)SUMO1型蛋白SUMO化的下游機(jī)制，有助于發(fā)展針對(duì)GBM和其它受Pin1驅(qū)動(dòng)的惡性腫瘤的治療新策略。
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