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RNA结合蛋白:难治乳腺癌的潜在药物靶点

已有 2972 次阅读 2021-7-3 15:24 |个人分类:新观察|系统分类:海外观察

RNA结合蛋白:难治乳腺癌的潜在药物靶点

诸平

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Triple-negative breast cancer cells are shown on the left. Without the RNA-binding protein YTHDF2 (right), fewer cancer cells survived. Credit: UC San Diego Health Sciences 

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据美国加州大学圣地亚哥分校(University of California - San Diego202172日(当地时间)提供的消息,在癌症研究中,一个共同的目标是找到癌细胞的某种驱动它们生存能力的分子,并确定这种分子是否可以被药物抑制,从而阻止肿瘤的生长。更胜一筹的是:这种分子并不存在于健康的细胞中,所以健康细胞它们并不会受到新疗法的影响。

这种被称为分子靶向癌症治疗的方法已经取得了很多进展。目前的一些癌症治疗方法抑制过度活跃的酶,而这些酶能使细胞增殖、扩散和存活超过正常水平。挑战在于,许多已知的致癌分子是“无成药性的(undruggable)”,这意味着它们的类型、形状或位置都禁止药物与它们结合。

加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员目前正在探索RNA结合蛋白(RNA-binding proteins)的治疗潜力,这是一种尚未开发的癌症驱动分子(cancer-driving molecules)家族。基因(DNA)转录成RNA后,这些蛋白质提供了额外的一层细胞控制,决定哪些RNA拷贝可以翻译成其他蛋白质,哪些不能。就像许多控制细胞生长的分子系统一样,RNA结合蛋白在功能失常时可以促进肿瘤的发展。

加州大学圣地亚哥分校医学院的研究团队于202172日在《分子细胞》(Molecular Cell)杂志网站上发表了他们的最新研究——Jaclyn M. Einstein,  Mark Perelis, Isaac A. Chaim, Jitendra K. Meena, Julia K. Nussbacher, Alexandra T. Tankka, Brian A. Yee, Heyuan Li, Assael A. Madrigal, Nicholas J. Neill, Archana Shankar, Siddhartha Tyagi, Thomas F. Westbrook, Gene W.Yeo. Inhibition of YTHDF2 triggers proteotoxic cell death in MYC-driven breast cancer. Molecular Cell, Available online 2 July 2021. DOI: 10.1016/j.molcel.2021.06.014https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(21)00493-7 研究者在人类细胞和小鼠模型中发现,RNA结合蛋白代表了一类新的癌症药物靶点,包括三阴性乳腺癌(triple-negative breast cancer),这是一种特别难以治疗的癌症,因为它缺乏大多数其他分子药物靶点。其中一种RNA结合蛋白YTHDF2尤为突出。当研究人员将人类三阴性乳腺肿瘤移植到小鼠体内之后,形成了三阴性乳腺肿瘤移植小鼠模型,再从基因上将YTHDF2从移植小鼠中移除后,肿瘤体积缩小了大约10倍。

加州大学圣地亚哥分校医学院(UC San Diego School of Medicine)细胞和分子医学教授Gene Yeo博士是该研究的通讯作者,他说:“我们很高兴看到RNA结合蛋白可能成为治疗三阴乳腺癌的新型药物靶点。但是我们还不确定在这种情况下它们是否容易被药物靶向,但我们已经建立了一个稳固的框架来开始对其进行探索研究。”

Gene Yeo和他实验室的博士生杰克琳·爱因斯坦(Jaclyn Einstein)共同领导了这项研究。杰克琳·爱因斯坦将加入一家由该实验室剥离出来的初创公司,以探索YTHDF2的可成药性(YTHDF2's druggability)。Gene Yeo的研究团队长期以来一直在研究RNA结合蛋白在许多其他疾病中的作用。例如,2016年,他们发现其中一种蛋白质的突变扰乱了关键的细胞信息系统,导致了肌萎缩性侧索硬化症(contribute to ALS)。

为了探索RNA结合蛋白作为抗癌药物的靶点,研究人员转向了一种被称为合成致死性(synthetic lethality)的古老哲学。在这种连环出击的方法(one-two punch approach)中,他们首先用人类乳腺细胞进行改造,使其过度产生另一种众所周知的致癌分子,然后寻找这些细胞特有的其他弱点。

研究人员使用CRISPR基因编辑技术(CRISPR gene editing technique),系统地逐个沉默这些癌细胞中的RNA结合蛋白。他们发现了57RNA结合蛋白,当它们被抑制时,可以杀死已知的极度活跃的癌症驱动因子的癌细胞。合成致死方法的优势在于,正常细胞不会产生这种驱动癌症的分子,因此治疗过程中,正常细胞不会受到影响。在这57RNA结合蛋白中,YTHDF2似乎最有希望。

Gene Yeo的研究团队最近还开发(recently developed)了一种新的实验室技术,称为通过编辑酶催化多肽介导的分析(APOBEC-Mediated Profiling 简称STAMP)来测量目标(Surveying Targets),这使他们能够测量以前基本上看不见的东西:单个细胞内的RNA结合蛋白如何与RNA分子相互作用。研究人员在这项研究中使用了STAMP来详细观察组成乳腺肿瘤的各种细胞在没有YTHDF2的情况下是如何表现的。该方法揭示了YTHDF2缺陷的癌细胞是通过应激诱导的凋亡而死亡的,这是一种小心控制的细胞用来自我毁灭的机制。细胞凋亡本应关闭故障细胞(malfunctioning cells),从而防止肿瘤的产生,但它并不总是起作用。通过移除YTHDF2,他们成功地重新激活了这种细胞死亡信号。

为了测试通过抑制YTHDF2来治疗癌症的安全性,研究人员设计了在相关小鼠模型,使成年小鼠体内的每个细胞中都缺乏YTHDF2,而不仅仅是移植的乳腺癌细胞。这些小鼠看起来完全正常,不仅没有肿瘤,而且体重和行为均未受到影响。

杰克琳·爱因斯坦说:“那些本来健康的小鼠告诉我们,通过靶向YTHDF2的潜在疗法,我们可以期待副作用最小。”

上述介绍仅供参考,欲了解更多信息敬请注意浏览原文或者相关报道

Researcher finds new strategy for fighting brain cancer

Highlights

•RBP CRISPR screening identifies 57 candidates that maintain MYC-driven cell survival

•YTHDF2 depletion triggers apoptosis in triple-negative breast cancer cells and tumors

•YTHDF2 maintains mRNA homeostasis by limiting the number of translating mRNAs

•scRibo-STAMP reveals proteomic heterogeneity in triple-negative breast tumors in vivo

Summary

RNA-binding proteins (RBPs) are critical regulators of post-transcriptional gene expression, and aberrant RBP-RNA interactions can promote cancer progression. Here, we interrogate the function of RBPs in cancer using pooled CRISPR-Cas9 screening and identify 57 RBP candidates with distinct roles in supporting MYC-driven oncogenic pathways. We find that disrupting YTHDF2-dependent mRNA degradation triggers apoptosis in triple-negative breast cancer (TNBC) cells and tumors. eCLIP and m6A sequencing reveal that YTHDF2 interacts with mRNAs encoding proteins in the MAPK pathway that, when stabilized, induce epithelial-to-mesenchymal transition and increase global translation rates. scRibo-STAMP profiling of translating mRNAs reveals unique alterations in the translatome of single cells within YTHDF2-depleted solid tumors, which selectively contribute to endoplasmic reticulum stress-induced apoptosis in TNBC cells. Thus, our work highlights the therapeutic potential of RBPs by uncovering a critical role for YTHDF2 in counteracting the global increase of mRNA synthesis in MYC-driven breast cancers.



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