ARF6

2024年10月16日，约翰霍普金斯大学医学院郑雷团队在期刊《Science Advances》上发表了题为“Semaphorin 3D promotes pancreatic ductal adenocarcinoma progression and metastasis through macrophage reprogramming”的研究论文。这项研究表明，改变的SEMA3D表达导致获得促癌功能，并且神经来源的SEMA3D被PDA细胞“劫持”，以支持KRAS中的生长和转移MUT-dependent方式。 https://www-science-org.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1126/sciadv.adp0684 关于胰腺导管腺癌 01 胰腺导管腺癌（PDA）是一种令人沮丧的恶性疾病，是癌症相关死亡的第三大原因，与其他癌症类型相比，生存率最低，为12%。神经周围浸润（PNI）是肿瘤细胞侵袭到神经或周围神经的肿瘤，是PDA的一个特征，发生在80%至100%的人类PDA中，并且与患者预后不良和侵袭性肿瘤特征有关 。 在最近一项PDA的单核和空间转录组分析研究中，轴突引导分子与PNI和不良预后有关 。团队之前对膜联蛋白A2（一种PDA相关肿瘤抗原和转移相关蛋白）调节的信号通路的分析，确定了分泌蛋白信号3D（SEMA3D）及其辅助受体丛蛋白D1（PLXND1）和神经纤毛蛋白-1，通过自分泌和旁分泌信号传导，参与增加神经迁移和PDA细胞侵袭性，以促进PDA进展和转移。 TME信号转导可以将巨噬细胞重编程为M2样巨噬细胞，这既可以支持PDA的进展和转移，也可以影响免疫疗法的疗效。在这项研究中，团队使用PDA的基因工程小鼠模型，验证了肿瘤和神经来源的SEMA3D都通过巨噬细胞重编程，促进肿瘤进展和转移的假设。 SEMA3D通过ARF6信号传导和PDA肿瘤细胞中乳酸的产生，间接重编程巨噬细胞 02 外源性SEMA3D增加了PDA肿瘤细胞中的糖酵解基因表达和乳酸分泌；然而，外源性SEMA3D的能力，可能受到肿瘤细胞中内源性SEMA3D丢失的限制，因此，不足以补偿KPCS小鼠肿瘤上皮细胞中SEMA3D的丢失。 在含有CTRL-AP或SEMA3D-AP的培养基中，用KPC细胞培养的极化M1细胞中，未观察到显著的M1基因表达变化。然而，与CTRL-AP处理的KPC细胞共培养的M2极化细胞相比，与经SEMA3D-AP处理的KPC细胞共培养的M2极化细胞，表现出M2基因标志物的表达显著升高。相比之下，当M1或M2极化巨噬细胞与KPCS细胞共培养时，如上所述，M1或M2基因表达标志物没有持续增加，这可能是由于KPCS细胞中PLXND1表达的缺失。这些结果表明，SEMA3D在通过PDA肿瘤细胞进行巨噬细胞重编程中的作用，是PLXND1依赖性的。 SEMA3D通过PDA肿瘤细胞中的ARF6信号传导和乳酸产生间接重编程巨噬细胞。 在表达PDA的人SEMA3D中，神经近端的M2巨噬细胞数量增加 03 M2样TAM在人PDATME中占CD45细胞的比例较高，而只有一小部分CD45细胞是M1样TAM。此外，在人类PDA中，神经近端或远端M1样TAM的百分比，没有显著差异。相比之下，与神经远端区域相比，在神经近端的TME区域，观察到M2 TAM百分比显著增加。这些结果表明，瘤内神经使附近的巨噬细胞偏向M2极化，支持神经或神经元分泌的因子在巨噬细胞重编程中的作用。 PDA肿瘤细胞和TME神经中的SEMA3D表达，共同在将TAM重编程为癌前M2极化中发挥作用。 在表达SEMA3D的人PDA中，神经近端的M2巨噬细胞增加。 总结 04 1. 轴突引导分子的作用：研究首次证实轴突引导分子在胰腺导管腺癌（PDA）的发展和转移中的作用。 2. SEMA3D表达与TAM浸润：研究表明SEMA3D表达与人类PDA TME中的TAM浸润和极化相关。 3. 癌症治疗的潜在靶点：研究证明了SEMA3D是癌症治疗的潜在靶点，靶向SEMA3D的所有来源作为治疗靶点至关重要。 4. 未来研究方向：未来的研究将集中在开发靶向SEMA3D的治疗剂，以及多个轴突引导分子如何协同促进PDA进展和转移。 参考资料： 1.R. L. Siegel, K. D. Miller, N. S. Wagle, A. Jemal, Cancer Statistics, 2023. CA Cancer J. Clin. 73, 17–48 (2023). 2.C. L. Wolfgang, J. M. Herman, D. A. Laheru, A. P. Klein, M. A. Erdek, E. K. Fishman, R. H. Hruban, Recent progress in pancreatic cancer. CA Cancer J. Clin. 63, 318–348 (2013).

本研究进一步证实了Arf6通路在炎症性肠病(IBD)中的重要性，并提供了SIRT2作为调控Arf6和治疗IBD的唯一靶点。 炎症性肠病(IBD)，包括溃疡性结肠炎和克罗恩病，是一种慢性消化道炎症性疾病。它每年影响数百万人，可能会使人虚弱，并导致危及生命的并发症。虽然全基因组关联研究已经确定了许多与IBD相关的基因变异，但IBD的确切原因仍不清楚，这使得分子治疗学的发展变得困难。虽然小分子药物和生物制品都可用于治疗IBD，但没有治愈方法，也没有对所有患者有效的治疗方法。因此，仍然需要发现治疗IBD的新方法。 SIRT2是NAD+依赖的蛋白赖氨酸脱酰酶中sirtuin家族的成员。它可以去除蛋白质赖氨酸残基中的乙酰基和长链脂肪酰基。已知SIRT2作用于许多不同的底物蛋白，其抑制已被报道在癌症和神经退行性变中提供有益的效果。 然而，我们对其生物学功能的了解仍然支离破碎，在许多情况下，我们仍然不知道抑制SIRT2是如何产生这样的有益效果的。研究者对IBD的兴趣使我们注意到关于IBD中SIRT2的两个似乎相互矛盾的报告。 这两份报告都涉及SIRT2在葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的小鼠结肠炎模型中的作用。在一份报告中，SIRT2基因敲除小鼠在DSS诱导的结肠炎中的表现比野生型小鼠更差。然而，在另一份报告中，SIRT2特异性小分子抑制剂TM在DSS诱导的结肠炎中对小鼠具有保护作用。这些报道似乎相互矛盾。在这两种情况下，都没有令人信服的分子机制来解释SIRT2在结肠炎中的作用。 图片来源：https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1073/pnas.2319833121 近日，来自康奈尔大学的研究者们在PNAS杂志上发表了题为“Sirt2 inhibition improves gut epithelial barrier integrity and protects mice from colitis”的文章，该研究揭示了抑制SIRT2改善肠道上皮屏障完整性并保护小鼠免受结肠炎的影响。 SIRT2是一种依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的蛋白质赖氨酸脱酰基酶，可以从许多蛋白质的赖氨酸残基中去除乙酰基和长链脂肪酰基。据报道，它在小鼠模型中影响炎症性肠病(IBD)的症状。然而，有报道称，角色冲突，基因敲除加剧，而药物抑制缓解IBD症状。 这些看似相互矛盾的报告引起了困惑，并阻碍了进一步开发SIRT2抑制剂作为IBD潜在治疗策略的努力。 研究者研究了这些相互矛盾的报告，并阐明了SIRT2在IBD小鼠模型中的作用。我们基本上复制了这些相互矛盾的结果，并证实SIRT2抑制剂的保护作用不是通过脱靶实现的，因为两种非常不同的SIRT2抑制剂(TM和AGK2)在IBD小鼠模型中显示出类似的保护作用。 抑制SIRT2对DSS诱导的结肠炎小鼠的保护作用 图片来源：https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1073/pnas.2319833121 研究者认为，抑制剂和基因敲除的不同作用是由于SIRT2抑制剂只抑制SIRT2的部分而不是全部活性。观察到SIRT2的PROTAC降解物不能保护IBD模型中的小鼠，这与SIRT2基因敲除相似，证实了这一假设。 该研究提供了一个有趣的例子，其中基因敲除和药物抑制不一致，并强调了开发底物依赖的抑制剂的重要性。重要的是，研究者证明了抑制SIRT2在IBD中的作用是通过抑制Arf6介导的E-钙粘蛋白的内吞作用来调节肠上皮屏障，E-钙粘蛋白是一种对肠上皮完整性至关重要的蛋白质。这一机制的理解进一步支持SIRT2作为治疗IBD的有前途的治疗靶点。 一种通过抑制SIRT2调控DSS诱导的结肠炎的模型 图片来源：https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1073/pnas.2319833121 本研究证实了关于SIRT2在DSS诱导的小鼠结肠炎模型中的作用的两个似乎相互矛盾的报告。研究者证实SIRT2基因敲除不提供保护，而SIRT2的小分子抑制剂在DSS结肠炎模型中提供明显的保护。此外，研究者排除了小分子抑制剂的保护作用是由于靶外效应，因为不同实验室开发的两种截然不同的抑制剂都显示出相似的保护作用。此外，PROTAC SIRT2降解子也产生了与SIRT2基因敲除相似的表型。 有趣的是，Arf6通路已经被认为与IBD有关。全基因组关联研究已经确定C1orf106突变与IBD风险增加相关。C1orf106是Arf6全球环境基金的抑制物，与IBD相关的突变扰乱了C1orf106，导致Arf6激活和结肠炎风险增加。 本研究进一步证实了Arf6通路在IBD中的重要性，并提供了SIRT2作为调控Arf6和治疗IBD的唯一靶点。由于先前的研究表明SIRT2抑制剂在小鼠中具有良好的耐受性，并且SIRT2基因敲除小鼠只有非常温和的表型，靶向SIRT2可能是一种安全且有前景的治疗IBD的策略。（生物谷 Bioon.com） 参考文献: Dan Hou et al. Sirt2 inhibition improves gut epithelial barrier integrity and protects mice from colitis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2024 Apr 30;121(18):e2319833121. doi:10.1073/pnas.2319833121.

Root hairs represent a low-cost strategy to enhance nutrient uptake because they can significantly increase the nutrient-acquiring surface of plant roots. While primary and lateral roots are stimulated to elongate when plants grow under mild nitrogen deficiency, the existence of such a foraging response for root hairs and its underlying regulatory mechanism remain elusive. Now, researchers have revealed a framework composed of specific molecular players meditating auxin synthesis, transport and signaling that triggers root hair elongation for nitrogen acquisition. Root hairs represent a low-cost strategy to enhance nutrient uptake because they can significantly increase the nutrient-acquiring surface of plant roots. While primary and lateral roots are stimulated to elongate when plants grow under mild nitrogen deficiency, the existence of such a foraging response for root hairs and its underlying regulatory mechanism remain elusive. Now, an international research team led by IPK Leibniz Institute revealed a framework composed of specific molecular players meditating auxin synthesis, transport and signaling that triggers root hair elongation for nitrogen acquisition. The results have been published in the journal Current Biology. Plants have evolved diverse adaptive strategies to optimize the exploration of light and soil resources from their environments. One of the most prominent adaptive responses is the developmental plasticity of their root systems, which enables plants to efficiently forage nutrient pools that fluctuate in space and time. As a crucial component determining the active root surface, root hairs represent a powerful morphological trait to improve water and nutrient acquisition. Root hairs are extensions of epidermal cells that effectively enlarge the root surface area and facilitate soil exploration for water and nutrients. Root hair development starts with cell fate specification, which determines whether an epidermal cell becomes a hair-forming cell (trichoblast) or a hairless cell (atrichoblast). "In our study, we first showed that nitrogen deficiency strongly stimulates root hair elongation in the model species Arabidopsis thaliana and that this response is crucial for plant fitness under low nitrogen," explains Prof. Dr. Nicolaus von Wirén, head of the department "Physiology and Cell Biology" at IPK Leibniz Institute. "And we then integrated transcriptomics, molecular genetics and cell biology approaches to establish that low nitrogen-induced root hair elongation builds on a spatially coordinated auxin signaling cascade that enters the root hair developmental program via the epidermal transcriptional module RHD6-LRL3." The signaling cascade consists of three stages. Through upregulation of the enzymes TAA1 and YUCCA8, low nitrogen increases auxin accumulation in the root apex (step 1, synthesis). Auxin is then directed shootward to the root hair differentiation zone via the transporters AUX1 and PIN2 (step 2, transport). Upon arrival, auxin activates the transcription factors ARF6 and ARF8 to promote the transcriptional module RHD6-LRL3, which is confined to the epidermis and steers root hair elongation in response to low nitrogen (step 3, signaling). "Overall, our results suggest that root hair elongation represents an additional systemically-induced foraging response strategy to explore the soil for nitrogen, gaining even more relevance as nitrogen deficiency becomes more severe," says Dr. Zhongtao Jia, first author of the study. "These findings add a new feature to our understanding of root foraging responses in low-nutrient environments and expand the mechanistic framework of hormone-regulated nutrient sensing in plant roots." Since more abundant and longer root hairs represent a low-cost strategy for plants to bring roots in contact with soil nutrients, understanding how root hair development is regulated by nitrogen provides new breeding targets for developing crops with enhanced nitrogen-uptake efficiency.