蛋白質的合成水胞內和胞外兩方面信號調控。其中,在翻譯起始時,eIF4F對信使RNA的識別并形成三元復合體(ternary complex,簡稱TC)是其中至關重要的一步【1,2】。在壓力信號下,TC的成分之一,eIF2a發生磷酸化,并與eIF2B結合,從而抑制TC的形成【3-6】。直腸癌細胞(colorectal cancers,簡稱CRCs)中往往可以檢測到APC腫瘤抑制因子(APC tumour suppressor)的缺失或者突變【7】,從而導致MYC的上調【8】,而MYC是負責一系列參與翻譯和蛋白質合成的轉錄因子。TC和MYC同樣參與蛋白質合成,那么,這兩組信號之間是否存在關系呢?
2019年11月4日,來自德國維爾茨堡大學的Armin Wiegering和Martin Eilers研究組在Nature Cell Biology雜志上發表了長文A MYC–GCN2–eIF2α negative feedback loop limits protein synthesis to prevent MYC-dependent apoptosis in colorectal cancer,在APC缺失的結腸癌細胞中定義了MYC–GCN2–eIF2α這樣一條通路,即eIF2α磷酸化導致MYC下調,從而抑制蛋白質合成。

首先,作者采用SW480細胞系,構建了多西環素(doxycycline)所控制的APC缺失(APC-deficient,簡稱APCdef)和APC重建(APC-restored,簡稱APCres)細胞系。通過引入包含5000余種翻譯相關基因的shRNA庫篩選,作者發現,在APCdef細胞中敲除eIF2B5可以顯著增加細胞凋亡水平,而細胞中APCres這一現象并不十分明顯。這說明,在APC缺失細胞中,eIF2B5可以抑制細胞凋亡。
接下來,作者具體研究了eIF2B5所抑制的細胞凋亡模式。有報道指出,APC缺失可以顯著提高MYC的信使RNA水平【9】,而高水平的MYC可以誘導細胞凋亡【10】,所以,作者猜測,eIF2B5有可能導致MYC表達水平發生變化。作者采用蛋白免疫印跡的方法發現,在APCdef細胞中敲除eIF2B5,MYC蛋白質表達水平明顯升高,但是,信使RNA水平卻維持不變。免疫共沉淀實驗結果顯示,在APCdef細胞中,eIF2B5的缺失可以導致MYC進行大量翻譯。另外,在APCdef細胞中在敲除eIF2B5的同時,也敲除MYC,那么細胞凋亡久得到了顯著的抑制。這些結果說明,在APCdef細胞中,eIF2B5可以抑制MYC的翻譯,從而抑制細胞凋亡。
再下來,作者進一步研究在體內,上述現象是否同樣存在。作者構建了消化道表皮細胞特異敲除APC的小鼠(VillinCreERApcfl/fl),作者發現,同時eIF2B5異常的小鼠(VillinCreERApcfl/flEif2b5+/-)MYC表達水平和細胞凋亡水平都有所降低。
目前并沒有構建出以eIF2B5為靶點的小分子,所以作者以eIF2α的磷酸化為研究對象。eIF2α的激酶共有四個,分別是EIF2AK1,EIF2AK2(又名PKR),EIF2AK3和EIF2AK4(又名GCN2)【11】。通過比較APCdef和APCres細胞中這四個激酶的活化狀態,作者發現,在APCdef細胞中GCN2和PKR都有明顯的活化現象,而較之PKR,GCN2的活化水平更高。接下來,作者通過小分子抑制劑A-92(針對GCN2)和C16(PKR)來抑制激酶活性,發現,在APCdef細胞中,激酶活性抑制會導致細胞生長緩慢和細胞凋亡,并且,A92在有效抑制eIF2α磷酸化的同時,還提高細胞的蛋白質合成水平,并誘導MYC的表達,也就是說,A92與敲除eIF2B5的作用極為類似;當然,較之A92,C16作用效果一般。而APCres細胞中,抑制與否,細胞生長都影響不大。最后,作者采集了8個APC已經發生突變的病人細胞樣本,發現這些細胞對A92和C16作用都很敏感。綜合上述結果,作者認為,抑制GCN2和PKR,可以起到敲除eIF2B5的作用,即抑制APC突變細胞的生長。
這篇文章揭示在APC突變或者缺失的細胞中,eIF2B5缺失或者GCN2活性受到抑制,導致eIF2α磷酸化磷酸化水平降低,MYC水平隨之升高,從而影響細胞凋亡水平。這篇文章的亮點有二,一是邏輯結構,作者由細胞系入手,通過生物化學手段研究機制,接下來引入動物實驗和人類樣本,進一步論證提出機制的可信性,從深度和廣度兩方面研究問題。二是與結腸癌的聯系,因為結腸癌細胞往往APC缺失或者突變,作者由此為切入點,構建細胞和動物模型,頗為新穎;并且,作者還引入和小分子激酶抑制劑,并討論起作用效果,這為臨床藥物研發提供了新思路。

參考文獻
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