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新突破:NATURE |磷酸化组学助力皮肤鳞状癌研究新进展

Fat1(编码产生的蛋白为原钙黏附因子)是一种常见的肿瘤突变基因,尤其是在鳞状细胞癌(SCC)中具有比较高的突变频率。该基因突变型的肿瘤通常具有较差的预后,并与药物抵抗等临床治疗效果相关。然而对该基因突变所引发的肿瘤发生及肿瘤异质性的调控机制尚不清楚。

2020年12月16日,来自于布鲁塞尔自由大学的干细胞与癌症研究实验室的研究团队,在Nature上在线发表题为“Fat1 deletion promotes hybrid EMT state, tumour stemness and metastasis”的研究论文。该研究利用皮肤鳞状细胞癌和肺肿瘤的小鼠模型,分析了Fat1基因的缺失会加速肿瘤的发生和恶性进展,并促进上皮到间质的混合转变(EMT)表型变化。通过转录组学,磷酸化labelfree蛋白质组学等大规模组学的方法进行调控机制研究,揭示了Fat1基因突变后激活了CAMK2-CD44-SRC轴,促进YAP1核易位和ZEB1表达,从而刺激了间充质状态的调控过程。

研究材料

Fat1-cKO小鼠动物模型、A388 SCC细胞等

研究方法

RNA-seq、WES、磷酸化labelfree、ATAC-seq、FACS等

技术路线

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1、Fat1基因突变促进肿瘤恶性增殖转移及杂合EMT 表型

在Fat1基因缺陷型的SCC肿瘤小鼠中,通过免疫染色、流式细胞分选等实验方法,检测到多数肿瘤细胞中表达间叶细胞标志物蛋白分子,表明癌细胞正在经历上皮到间质的混合转变(EMT)。并且检测到EMT不同发展进程的细胞表面蛋白分子,如EPCAM, CD106, CD61和 CD51等,说明不同细胞正在经历EMT的不同阶段。以上结果表明Fat1基因突变后,主要通过调节细胞极性和细胞之间的粘附等状态促进肿瘤恶性进展。

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2、转录及染色体层面分析揭示EMT分子机制

对小鼠鳞状细胞癌(SCC)进行RNA-seq及ATAC-seq染色体测序。在转录组测序结果中发现EMT表达的一系列报道的标志物,包括Vim,Snai1, Prrx1, Twist1等。通过染色体层面测序结果分析发现调控EMT表型的关键转录因子,如EMT的转录调控因子Zeb1, Snail1 or Twist2等显著增强。通过生物信息学模体识别(motif discovery)预测在差异表达的染色体区域鉴定到JUN及FOS家族的转录因子基序在染色质区域显著富集,另外YAP1也显著增强。以上研究结果表明,JUN及FOS转录因子家族可能协同TEAD家族进行共同调控突变后表达调控,并涉及到YAP1信号通路。

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3、Fat1基因突变后的下游信号通路研究

作者进一步研究Fat1基因突变后是如果激活下游信号通路的。通过野生型及基因编辑后的Fat1敲除的人SCC细胞进行分析,并采用磷酸化蛋白质组学及激酶预测的方式对差异表达的磷酸化蛋白进行分析。分析发现涉及到细胞间黏附的蛋白如ZO1和ZO2磷酸化发生显著性降低,推测可能通过EGFR–RAS–RAF–MEK–MAPK 和 EGFR–PI3K–AKT–MTOR等信号通路途径进行调控。以上结果表明基因突变以后,可能影响细胞间黏附重塑及细胞间通讯功能。

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4、Fat1基因突变型肿瘤的药物治疗敏感性及耐药性

为评估受Fat1基因突变影响的信号通路蛋白是否对于肿瘤治疗药物具有一定的敏感性或耐药性。采用信号通路抑制剂药物进行处理,发现Fat1基因突变型肿瘤对于EGFR信号通路抑制剂,如阿法替尼和曲美替尼等抑制剂具有更强的药物抵抗作用。而对于SRC类抑制剂则更加敏感。

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该项研究以鳞状细胞癌这一科学问题着手,从肿瘤突变基因的表型研究出发,从表型改变,到调控机制及药物敏感性逐步深入,研究思路非常完整。研究方向从转录组学到染色体层面,再到蛋白磷酸化层面均有涉及,全面阐述了肿瘤突变之后的调控过程及通路,是一篇比较值得借鉴的肿瘤机制研究案例。该篇文章对于鳞状细胞癌的药物靶点的开发以及个体化用药指导都具有重要的参考价值。其中磷酸化组学方法的研究对于锁定调控信号通路以及为临床药物选择都提供了重要线索,再次说明磷酸化在肿瘤研究及药物靶点筛选中的重要性。

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