“治标先治本!”Nature子刊发文揭示p53突变相关癌症治疗新方向!

2021
09/04

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p53是重要的肿瘤抑制基因,于1979年被首次报道。最初发现时,曾一致认为P53基因是一种癌基因,随着研究不断的深入,p53作为抑癌基因的功能才逐渐被揭示出来。在所有的恶性肿瘤中,50%以上会出现P53基因的突变。



p53编码p53蛋白,这是一种序列特异性的转录因子,可以调控并参与很多细胞过程的基因表达。正常情况下,野生型的P53蛋白可以使癌细胞凋亡,从而防止细胞癌变,以及帮助细胞基因修复缺陷的功能。


作为一个转录因子,p53的突变通常是单个氨基酸错义突变,而这种突变带来的影响往往是改变DNA结合区域的结构域或者直接影响与DNA接触的残基。这两种影响都会导致p53蛋白DNA结合以及基因表达调控的功能缺失(loss of function,LOF)。


p53基因是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因,在短短的十多年里,人们对 p53基因的认识经历了癌蛋白抗原,癌基因到抑癌基因的三个认识转变。


突变导致的异常P53蛋白,除了不能抑制肿瘤的发生还可能会得到一种功能获得活性(gain-of-function,GOF),产生新的致癌表型。然而,关于导致蛋白“功能丧失”和其他导致恶性GOF的各种突变,例如癌症生长和扩散(转移)的加速,还有很多有待了解。


图片来源:摄图网

已经有多项研究观察到p53突变与非整倍体之间存在正相关关系,非整倍体数量异常,也可能导致肿瘤发生。一个亟待解决的问题是,非整倍体在p53 突变型功能获得中扮演什么角色呢?


近期2021年8月31日,范德比尔特大学医学中心在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上发文“Acquisition of aneuploidy drives mutant p53-associated gain-of-function phenotypes”的研究发现,在表达突变p53的细胞中,非整倍体驱动功能获得表型。他们的报告发表对开发针对突变型p53的疗法具有启示意义。



研究人员使用了CRISPR/ cas9介导的基因组编辑,开发出了两种包含p53突变的相同基因型的细胞系模型(一种来源于非转化细胞系MCF10A,一种来源于肿瘤细胞CAL-51)。与WT细胞系相比,这两种模型在突变细胞系中,p53靶基因表达均降低。


在此项研究中,研究人员对p53突变的同基因型细胞系的染色体分析结果显示来源于CAL-51的细胞系中,5个细胞有4个均为四倍体,表明在这些细胞中可能发生了全基因组加倍(whole-genome doubling,WGD);所有在MCF10A细胞系均显示非整倍体。


P53突变的同基因细胞系(MCF10A和CAL-51)显示出非整倍体频率增加


接一下,研究人员探究了非整倍体对差异基因数目(differentially expressed genes,DEGs)的影响。结果发现变异最大的非整倍体显示出DEGs的数目最多。


DEGs与非整倍体有关,与突变型P53无关


那么,是突变型的p53还是非整倍体影响了DEGs呢?通过RNA-seq、western blot验证p53基因敲除,测序结果中P53敲除细胞与对照细胞之间PCA分析总体基因表达模式没有差异,核型异质性相关基因表达上调。这说明p53突变的同基因细胞系中的DEGs来自于非整倍体的影响,而不是突变型p53诱导形成的。


通过克隆形成试验,发现综合非整倍体评分(integrative aneuploidy score,AS,反映克隆系相对于WT拷贝数的改变)越高的菌株,形成菌落越多,而在p53敲低的细胞株相比没有差异。这表明克隆细胞的生长变化可能由非整倍体引起的遗传变异引发的。


细胞生长、克隆形成和代谢的差异与非整倍体有关而与突变p53表达无关


线粒体代谢在AS最高的细胞系种差异变化最显著,而在p53敲除的细胞中没有变化。这说明细胞代谢的改变也与非整倍体相关,而与p53突变基因型无关。


我们在前面提到突变导致的异常P53蛋白可能会得到一种功能获得活性(gain-of-function,GOF),那么GOF是否也是跟非整倍体有关呢?非整倍体高的细胞对于SAHA(HDAC抑制剂)的敏感性显著增加,而在p53突变型中无差异。这些数据表明了体外GOF表型与p53突变表型无关,但可能与p53功能丧失后发生的基因组改变(如非整倍体)有关。


不仅如此,研究人员还通过一系列试验发现致瘤性的克隆差异、表型转移均与非整倍体有关,而与p53基因型无关。我们可以看到,原来这些由p53突变产生的表型原来是由非整倍体所驱动的!


最后,研究团队探究了p53功能缺失和非整倍体的预后结果。将WT,错义或者截短突变的p53的肿瘤个体分为非整倍体高组和非整倍体低组。与非整倍体低的肿瘤个体相比,所有非整倍体高的肿瘤个体,无论p53的基因型如何,生存结果都是显著性的差。生存结果与p53突变类型没有直接关系。相反,个体的预后与肿瘤中p53功能的丧失和基因组改变的增加有关。


“突变 p53 功能获得的概念是在 30 多年前引入的,从那时起,许多出版杂志都报道了由突变 p53 蛋白过度表达引起的致癌表型的特定背景和相互矛盾的证据。我们的研究表明,非整倍体的获得可以产生多种先前归因于p53突变的表型,并提供了一种统一机制,解释了先前归因于 p53 突变表型的各种各样的特定背景性质。”该论文的通讯作者Jennifer Pietenpol 博士说道。


总之,这项研究对于开发针对突变型p53的疗法具有启示意义。治标先治本,如果想解决p53突变带来的不良影响,首先需要考虑染色体改变的作用。


参考文献:

Redman-Rivera LN, Shaver TM, Jin H, et al. Acquisition of aneuploidy drives mutant p53-associated gain-of-function phenotypes. Nat Commun. 2021;12(1):5184. Published 2021 Aug 31. doi:10.1038/s41467-021-25359-z

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关键词:
Nature,p53,细胞系,基因型,癌症

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