尹玉新团队发现抑癌基因PETN家族新成员,通过调节细胞表面伪足形成抑制肿瘤侵袭与转移

2021
03/29

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生物世界
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该研究首次鉴定了抑癌基因PTEN家族另一重要亚型蛋白: PTENε(或PTEN5)。

作为最重要的抑癌基因之一,PTEN自1997年被鉴定以来一直是肿瘤研究领域的焦点。传统观点认为PTEN基因可起始编码由403个氨基酸组成的经典PTEN蛋白。PTEN作为脂质与蛋白质双重磷酸酶,一方面可通过拮抗PI3K/AKT通路抑制肿瘤细胞的生长与增殖,另一方面则通过参与DNA损伤修复、维持基因组的稳定性发挥抑癌功能。

除了抑癌作用之外,PTEN也广泛参与胚胎发育、细胞迁移、物质代谢、神经元活动和干细胞分化等生物学过程。然而PTEN功能的多样性不能通过单一的传统PTEN表达蛋白完全解释。

2021年3月23日,北京大学基础医学院尹玉新团队在 EMBO Journal 在线发表了题为:PTENε suppresses tumor metastasis through regulation of filopodia formation 的研究论文。

该研究首次鉴定了抑癌基因PTEN家族另一重要亚型蛋白: PTENε(或PTEN5)PTENε特异性定位于细胞膜,通过结合并去磷酸化伪足形成相关蛋白VASP、ACTR2,调控细胞表面伪足结构的形成,进而抑制肿瘤侵袭与转移。PTENε蛋白的发现为肿瘤转移研究提供了新的思路和潜在的治疗靶点。


 

近年来,尹玉新等课题组发现除了传统PTEN蛋白,PTEN基因还可选择不同的起始位点编码两个新蛋白: PTENα(PTEN-Long)和PTENβ。这两个新亚型蛋白由PTEN mRNA 5'UTR内的非AUG型可变翻译起始密码子起始编码,呈现出与传统PTEN蛋白不同的亚细胞定位并执行独特生物学功能。新亚型蛋白的发现进一步丰富了PTEN基因功能的多样性并为PTEN基因的功能探究提供了全新研究方向。

尹玉新团队发现除了传统的PTEN蛋白以及PTENα和PTENβ蛋白,PTEN基因还可起始编码另一个重要的亚型蛋白,即PTENε(或PTEN5)。利用分子生物学技术结合高敏蛋白质质谱检测手段,研究人员发现PTENε 由位于PTEN 5’UTR内与传统PTEN蛋白AUG起始密码子处于同一编码阅读框的CUG816起始翻译。与传统PTEN蛋白相比,PTENε蛋白 N端延伸了72个氨基酸,其表达依赖于真核翻译起始因子eIF2A以及CUG816起始密码子下游的发卡结构。该PTEN新亚型蛋白在多种组织细胞均有广泛表达,且具有明显的物种保守性。

进一步的分析发现,不同于传统PTEN蛋白(胞浆、胞核定位)以及PTEN亚型蛋白PTENα(线粒体以及外泌体定位)和PTENβ(核仁定位)PTENε蛋白特异性定位于细胞膜。该亚型蛋白N端第57-66个氨基酸组成的β折叠以及第69-81个氨基酸组成的α螺旋可作为细胞膜定位信号将其特异性锚定于细胞膜上。

在上述发现的基础上,研究人员对该亚型蛋白的分子功能进行了深入探究。研究人员发现不同于已发现的其他PTEN家族蛋白成员,细胞膜定位的PTENε可特异性结合伪足形成相关蛋白FSCN1、ACTR2、CDC42及VASP。

多项前期研究表明,VASP以及ACTR2作为细胞表面伪足结构形成的关键蛋白,其磷酸化水平受到细胞的精细调控。cAMP介导的VASP蛋白Ser157位点的磷酸化修饰可促进细胞表面伪足结构的形成从而促进细胞运动与迁移[15]。而ACTR2作为ARP2/3复合体的重要组成蛋白,当其Thr237及Thr238位点发生磷酸化修饰时将会激活ARP2/3复合体,进而促进细胞的运动与迁移。

结合体外磷酸化和去磷酸化等实验技术,研究人员证明PTENε蛋白保留了传统PTEN蛋白的磷酸酶功能,并借助其蛋白磷酸酶活性调节VASP Ser157位点以及ACTR2 Thr237/238位点的磷酸化,进而调控细胞表面伪足结构的形成。

细胞表面伪足结构的形成与细胞运动以及肿瘤侵袭与转移密切相关,研究人员随后探究了PTENε蛋白对肿瘤侵袭与转移能力的影响,发现过表达PTENε可显著降低侵袭与转移的肿瘤细胞数目并抑制小鼠肺部转移灶的形成。相反,内源PTENε特异性缺失的肿瘤细胞侵袭与迁移能力明显增强。这些结果表明,作为PTEN家族新成员,PTENε蛋白可以发挥独特的分子生物功能进而抑制肿瘤细胞的侵袭与转移

PTEN家族新成员PTENε调控细胞表面伪足形成 

位于PTEN mRNA 5'UTR内的CUG816位点可起始翻译另一PTEN家族新成员PTENε(或PTEN5),该蛋白可直接结合并去磷酸化伪足形成关键蛋白VASP及ACTR2,进而调控细胞表面伪足结构的形成,抑制肿瘤侵袭与转移。

该研究首次发现了PTEN新亚型蛋白PTENε,鉴定了PTENε翻译起始位点及其蛋白序列特征,揭示了PTENε蛋白独特的亚细胞定位及其抑制肿瘤转移的重要功能。PTENε蛋白的发现显示了PTEN基因家族成员的多样性,为PTEN基因的复杂功能提供了分子基础,同时也为PTEN在肿瘤转移中的研究提供了新方向。

北京大学基础医学八年制博士生张巧玲和北京大学基础医学院优博培育计划梁会博士为共同第一作者。北京大学基础医学院系统生物医学研究所尹玉新为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、生命中心以及中国科协青年人才托举工程项目的支持。

论文链接:

https://www.embopress.org/doi/full/10.15252/embj.2020105806

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关键词:
细胞膜,特异性,磷酸化,肿瘤,基因,细胞,伪足,侵袭

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