STT3B

【导读】 肝转移是结直肠癌（CRC）不良预后的主要因素。尽管有证据表明糖基化与转移有关，但靶向CRC肝转移的糖基化蛋白质组学研究却十分缺乏。 12月24日，北京大学与中国科学院研究人员合作共同在期刊《Advanced Science》上发表了研究论文，题为“N-glycosylation Modification of CTSD Affects Liver Metastases in Colorectal Cancer”，在这项研究中，研究人员识别出了原发性病变与配对肝转移病变间差异表达的糖基化蛋白质和糖基化位点，并进一步筛选出可能在结直肠癌肝转移中起关键作用的糖基化蛋白质——Cathepsin D（CTSD）。糖基转移酶复合物DDOST和STT3B可调节CTSD（一种蛋白酶）第263位点的糖基化修饰，从而影响CTSD蛋白酶分解ACADM的能力。ACADM可调节与铁死亡相关的蛋白质（ACSL4、SLC7A11和GPX4），进而影响结直肠癌细胞的侵袭和转移。 这一新发现的机制为结直肠癌治疗提供了潜在的治疗靶点，并为控制结直肠癌进展和转移提供了新的见解。 https://onlinelibrary-wiley-com.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1002/advs.202411740 背景介绍 01 结直肠癌（CRC）是全球前五大致死性癌症之一。在中国，CRC已成为第二大最常见的恶性肿瘤，超过许多发达国家的发病率，并呈现出令人担忧的趋势。尽管近年来对CRC的理解、诊断和治疗取得了进展，但CRC患者的预后仍然不佳。转移，尤其是肝转移，是这些患者预后不良的主要因素。25%的CRC患者在初次诊断时就已出现肝转移，15%-25%的患者在手术后因肝转移而复发。此外，90%患有肝转移的患者无法接受有效的治疗，导致5年生存率较低。对于IV期（TNM）患者，5年生存率仅为24%。因此，阐明CRC肝转移的机制对于改善患者预后至关重要。 糖基化在超过50%的天然蛋白质中发生，在蛋白质折叠、质量控制、稳定性、运输和功能方面发挥着关键作用。最近的研究表明，糖蛋白的N-糖基化在恶性肿瘤的转移中发挥着重要作用，促进细胞黏附的破坏和新生血管形成，以及信号转导途径的激活。研究发现，干扰素γ受体蛋白的稳定性在经过N-糖基化修饰后降低，从而抑制干扰素γR信号通路，促进结直肠癌细胞的免疫逃避。一项研究表明，神经肽受体1蛋白的N-糖基化修饰在Asn150或Asn261位点缺失时，可促进结直肠癌细胞的侵袭和转移。 然而，上述研究分散且为单个研究，无法阐明参与结直肠肝转移的关键N糖基化蛋白质。关于CRC的N糖基化蛋白质组学研究有限。该领域的研究仍处于起步阶段，尤其是在区分原发性病变和肝转移病变的N糖基化蛋白质方面。阐明原发性和肝转移病变的N糖基化蛋白质组学特征将有助于更好地理解CRC的肝转移分子机制。这项研究有望为识别肝转移治疗的新型治疗靶点提供重大的理论和实践价值。 N-糖基化修饰对CTSD的影响调节ACADM/铁死亡轴以促进结直肠癌进展 02 为了阐明CTSD的N糖基化修饰对下游蛋白质的影响，研究人员对CTSD野生型细胞和CTSD N263Q细胞进行了比较蛋白质组分析。研究人员鉴定出在CTSD野生型细胞和CTSD N263Q细胞之间有差异表达的蛋白质共391个。鉴于CTSD的蛋白酶活性，研究人员对仅与CTSD野生型相互作用的蛋白质集和DEPs进行了交集分析。该分析共产生了8个候选分子：ACADM、PRDX3、ALDH2、EHHADH、DHCR7、TGFB1I1、IDH2和ALDH1A1。 CTSD蛋白酶可能降解ACADM 与正常组相比，肿瘤组中ACADM和ALDH1A1的表达水平显著下调，而DHCR7的表达水平在肿瘤组中显著上调。Kaplan-Meier生存分析显示，ACADM和PRDX3的表达水平与生存预后显著相关。研究人员研究了候选分子与转移（TNM分期）之间的联系。结果表明，随着恶性程度的增加，ACADM的表达水平逐渐降低，这表明它与肝转移的联系更为紧密。因此，研究人员选择了ACADM进行进一步分析。 当CSTD WT和CTSD N263Q细胞表现出相似的CTSD表达水平时，研究人员观察到CTSD N263Q细胞的ACADM水平高于CSTD WT细胞。共免疫沉淀分析显示，ACADM与CTSD WT存在显著的相互作用，而与CTSD N263Q变异体未观察到此类相互作用。 研究人员采用免疫组织化学技术评估了90例CRC组织和相应邻近正常组织中CTSD和ACADM的阳性表达分数。分析结果显示，CTSD和ACADM的表达水平呈负相关。多重免疫荧光染色试验表明CTSD和ACADM存在共定位现象。这些结果进一步证实，CTSD在263位点的N-糖基化修饰会影响CTSD蛋白酶对ACADM的蛋白酶解。 研究人员主要分析了铁死亡蛋白ACSL4、SLC7A11和GPX4的表达水平。CTSD N263Q细胞中铁死亡相关蛋白（SLC7A11和GPX4）的表达水平低于CTSD WT细胞。ACADM表达水平与ACSL4表达水平呈正相关，与SLC7A11、GPX4表达水平呈负相关。因此，ACADM和CTSD 263残基的n -糖基化修饰调节铁死亡相关蛋白ACSL4、SLC7A11和GPX4的表达水平。 过表达ACADM可抑制SW480和SW620细胞的增殖和侵袭。在CTSD中敲低N -糖基转移酶STT3B和DDOST后，CTSD WT细胞的侵袭和增殖能力显著降低，这与CTSD N263Q和CTSD N263Q/N134Q细胞的观察结果一致。这些发现重申了ACADM， STT3B和DDOST通过调节CTSD N-糖基化来调节CRC细胞的生物学行为。因此，由N -糖基转移酶复合物STT3B和DDOST通过在263位点添加N -糖基化修饰来调节CTSD，介导ACADM/铁死亡相关通路轴，进而影响CRC细胞的侵袭能力。 结论 03 综上，CTSD第263位残基的N-糖基化修饰可能影响结直肠癌的肝转移。 【参考资料】 https://onlinelibrary-wiley-com.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1002/advs.202411740 【关于投稿】 转化医学网（360zhyx.com）是转化医学核心门户，旨在推动基础研究、临床诊疗和产业的发展，核心内容涵盖组学、检验、免疫、肿瘤、心血管、糖尿病等。如您有最新的研究内容发表，欢迎联系我们进行免费报道（公众号菜单栏-在线客服联系），我们的理念：内容创造价值，转化铸就未来！ 转化医学网（360zhyx.com）发布的文章旨在介绍前沿医学研究进展，不能作为治疗方案使用；如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门推荐活动 点击免费报名 🕓 线上｜2024年12月6日-2025年1月16日 ▶ 《我的2024》 🕓 全国｜2024年12月-2025年03月 ▶ 中国转化医学产业大会 🕓 上海｜2025年02月28日-03月01日 ▶ 第四届长三角单细胞组学技术应用论坛暨空间组学前沿论坛 点击对应文字 查看详情

高级别胶质瘤(HGG)，尤其是脑胶质母细胞瘤(GBM)，是一类高度侵袭性的原发性脑肿瘤，通常具有侵袭性生长、高复发率和神经系统功能受损的临床特征。此外，HGG也表现出基因组变异和肿瘤异质性等分子特征。目前HGG仍具有手术切除难度高、放疗化疗效果有限及治疗耐药的挑战。因此，针对HGG发生发展的分子机制及治疗手段的研究仍然是目前的热点方向。小编今天和大分享一篇今年七月刚刚发表在CANCER CELL（48.8/Q1）杂志上的文章，它整合了蛋白质组、代谢组、脂质组、翻译后修饰(PTM)、基因组和转录组等多组学数据，构建了HGG分子图谱，这篇文章也揭示了控制肿瘤发展和进化的多组学调控相互作用。 一．文章摘要 文章的主要流程如图1所示。具体来说研究收集了212个GBM和16个4级IDH突变型星形细胞瘤共计228个 HGG样本，其中包括28个复发肿瘤样本。此外，研究也收集了18个正常脑样本和14个脑转移样本作为对照(图1A)。接着研究整合了这些样本的全外显子组测序(WXS)、全基因组测序(WGS)、DNA甲基化、miRNA、mRNA、单核RNA测序(snRNA)、蛋白质组、磷酸化蛋白质组、乙酰基组、糖蛋白组、代谢组和脂质组等多组学数据(图1B)。结果研究在蛋白质组和代谢组水平上观察到不同的上游改变事件能够汇聚到相同的下游事件。此外，研究也观察到胶质瘤复发时蛋白质与蛋白质的相互作用和糖基化位点会发生变化。研究进一步也观察到PTPN11上会反复发生遗传改变和磷酸化事件，这表明PTPN11信号传导在HGG中发挥重要作用(图1C)。 图1 研究队列、技术平台和分析的概述 二．文章的主要内容及结果 1.HGG从诊断到复发的演变与基因组和蛋白质组驱动因素相关 文章第一部分基于基因组及蛋白质组数据研究了驱动高级别胶质瘤复发的因素。研究首先分析了一个包含53个肿瘤样本的纵向队列，这些样本来自25例4级IDH野生型(IDH-WT ) GBM和IDH突变型(IDH-mutant)星形细胞瘤患者(图2A)。接着研究识别了复发肿瘤中差异表达的蛋白质，并对上调蛋白进行了功能富集分析(图2B，C)。接着使用激酶库(kinase Library)基于差异的磷酸化位点分析了复发与原发肿瘤的激酶活性(图2D)，结果观察到剪接激酶在原发肿瘤中显著更活跃(图2E)。此外，研究也检测了每个原发-复发对样本的突变，并重点关注驱动基因突变随时间推移的情况，结果研究观察到四种模式，分别为驱动突变的稳定、丢失、获得和重获(图2F)。接下来研究扩大到所有体细胞突变，结果发现在疾病进展时间较短的患者中，原发和复发肿瘤间共有突变较多，且克隆相似性与进展时间呈负相关(图2G)。研究对原发和复发肿瘤进行的突变特征分析后也发现了两个主要特征SBS1和SBS11，其中SBS11在复发肿瘤中高表达(图2H)。 图2 HGG从确诊到复发演变的基因组和蛋白质组驱动因素 2.原发性和复发性HGG的肿瘤固有特征和肿瘤微环境(TME)相关特征 文章第二部分分析了原发及复发HGG的特征。研究对原发和复发的HGG进行了snRNA分析，共分析了134K个细胞核，结果观察到原发和复发性HGG的snRNA差异很大，其中一个极端病例的原发和复发样本展示出不同的肿瘤细胞簇(图3A)。研究接着计算了每种细胞类型的平均转录表达(图3B)，发现多种细胞类型与上调和下调蛋白有关(图3B)。研究也对原发和复发肿瘤的恶性细胞进行了队列水平和患者水平的差异表达分析，并观察到原发和复发恶性细胞间的差异表达基因(DEGs)在上皮间质转化、紫外线反应和缺氧通路中富集(图3C)，DEGs也在患者间共享(图3D)。研究在NDRG1和KIF1B等基因的启动子和增强子区域也观察到原发和复发恶性细胞间的差异可及染色质区域(DACRs，图3E)。研究通过基序(Motif)富集分析也观察到复发时的差异转录因子活性(图3F)。研究进一步观察到相较复发肿瘤，原发样本的内皮细胞和1型T辅助细胞(Th1)的富集评分显著降低，而复发样本中调节性T细胞(Treg)的富集评分显著增加(图3G)。在相同的纵向肿瘤样本上进行的snRNA-seq和蛋白质去卷积分析也观察到内皮细胞减少(图3H)。接着研究在12个样本中进行多重成像观察了大脑中的主要细胞类型(图3I)。并通过全片定量观察到6例复发患者中有5例患者的内皮细胞比例低于其他非恶性细胞(图3J)。 图3 单核测序揭示了复发的4级星形细胞瘤的恶性细胞内在和TME特征 3.遗传改变对HGG蛋白质组学和代谢组学的影响和关联 文章接着对原发肿瘤进行了遗传改变关联分析。研究首先在TCGA数据集中观察到EGFR和PTPN11改变存在互斥(图4A)。研究也观察到抑癌基因如ATRX和RB1的RNA和蛋白质表达相对较低，而致癌基因如EGFR和PDGFRA的RNA和蛋白质表达水平较高，此外当ATRX发生改变时，其S784位点的磷酸化水平增加，而突变体IDH1的K224位点的乙酰化水平下降(图4B)。研究接着以成对的方式对所有可能的驱动组合进行了反式分析(图4C)，并在蛋白质和PTM上观察到驱动基因对在脂质和代谢物表现出同样的正相关(图4D)。其中TERTp和PTEN的改变对蛋白质和PTM的反式影响相关性最强(图4E)。 图4 顺式和反式结果强调了原发肿瘤在不同组学水平上的相似性 4.EGFR活性中糖基化和磷酸化与肿瘤复发的关系 研究接着分析了糖基化和磷酸化与HGG复发的关系。研究首先对整个队列进行了定量糖蛋白组学分析，结果发现相对于正常样本，4级星形细胞瘤中有671个上调和674个下调的完整糖肽(IGPs，图5A)，这些糖肽根据其单糖组成被分为仅低甘露聚糖(High-Man)，仅聚焦聚糖(focus)，唾液化聚糖以及不属于前三类的聚糖(Others)。研究发现大多数上调的IGPs含有High-Man聚糖(图5B)。研究也观察到与正常组织相比，STT3A、STT3B、GANAB和PRKCSH的过表达与原发性肿瘤相关(图5C)。接着研究使用糖蛋白组学数据识别可能复发的HGG相关糖蛋白，结果观察到复发肿瘤中过表达的IGPs主要是High-Man或聚焦聚糖(图5D)。研究也发现四种糖蛋白(CNTN2、NPTN、ASAH1和NFASC)的糖基化活性升高，ROC分析表明这些糖蛋白的丰度能有效区分复发和原发肿瘤(图5E)。接下来研究通过对具有三个完整糖肽簇(IPC 1-3)的肿瘤进行无偏糖蛋白组学分组，识别了三种糖蛋白组学亚型(Glyco 1-3)，并观察到Glyco 1与IPC 2相关、Glyco 3与IPC 1相关(图5F)。研究也进一步分析了队列中观察到的最常见的EGFR体细胞突变(A289和G598)、顺式分析所涉及的显著上调的磷酸化事件(Y316)，并使用EGFR活性二聚体结构对N352和N603进行糖基化。结果发现EGFR二聚体上的修饰后观察到Y316残基位于两个EGFR分子结构域之间，且G598突变与N603糖基化共定位(图5G)。 图5 星形细胞瘤中糖基化的改变及EGFR中体细胞突变、糖苷和磷酸基间的关系 5.通过靶向蛋白质组学和激酶库辅助的蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)分析确定了通路中断 接下来研究对HGG复发过程中的PPI改变进行了分析。研究首先使用蛋白质丰度相关性评估可能的相互作用(图6A)。接着研究分析了基因改变和WT原发肿瘤编码的蛋白质间的PPI差异，结果发现EGFR和血小板衍生生长因子受体α (PDGFRA)信号通路内的相互作用物存在许多改变(图6B)，这一结果表明体细胞改变，特别是突变，会中断PPI，进而导致致癌表型。研究进一步在体细胞改变的样本中观察到14种蛋白质表现出显著的相关性改变，其中一半涉及EGFR(图6C)。接着对RB1和PTPN11进一步分析发现这些蛋白的突变破坏了它们的相互作用(图6D)。接下来研究关注至少涉及一种已知癌症驱动基因的PPI，并选择了三个蛋白相互作用组分，分别为PPI与原发肿瘤相关，但与复发肿瘤无关；PPI与原发肿瘤和复发肿瘤均相关；PPI与复发样本相关，但与原发样本无关(图6E)。研究进一步分析发现RB1和CDK2蛋白丰度在原发肿瘤样本中没有显著相关性，但在复发肿瘤样本中相关性很强，同样AKT1和XIAP蛋白丰度也在复发性肿瘤中高度相关(图6F)。研究也观察到TP53突变肿瘤中细胞周期相关激酶(CDK1-6)激活，而RB1突变肿瘤与它们各自的WT肿瘤相比，这些激酶的激活较少(图6G)。同样，PI3K-AKT通路在EGFR改变的肿瘤中活性较低。 图6 PPI差异与体细胞改变和复发状态有关 6.PTPN11可能作为EGFR、PDGFRA和IDH1信号网络的hub节点 文章这部分重点关注了特定驱动因素PTPN11。研究在队列中观察到11个患者具有PTPN11突变，且该突变与EGFR互斥，一个患者具有PTPN11扩增。研究也观察到该突变位于n端src同源2 (N-SH2)和激酶磷酸酶(PTP)结构域(图7B)。此外，顺式和反式分析也观察到IDH1突变肿瘤中PTPN11- Y546的高磷酸化水平，与EGFR改变肿瘤中PTPN11- Y62的高磷酸化水平不同，且PTPN11突变不影响其Y62和Y546的磷酸化水平(图7C)。研究进一步分析也发现Y62磷酸化与PI3K/AKT通路活性降低以及由此产生的ERK激酶活性降低相关，而Y546与ERK活性强相关(图7D)。此外，AMPKA和相关激酶在肿瘤中也被观察到与Y546磷酸化相关时被抑制，且与IDH- WT肿瘤相比，IDH=突变肿瘤表现出较少的缺氧和细胞应激反应(图7C - F)。这些结果表明Y62的磷酸化是抑制性的，而Y546的磷酸化是激活性的。 图7 PTPN11信号在4级星形细胞瘤中的作用 7.IDH突变HGG中与RTK激活和缺氧信号失调相关的代谢酶及途通路 文章最后对HGG发病和进化过程中GBM和IDH1突变瘤中不同的分子过程进行了分析。研究首先在分析队列中识别了IDH中的突变事件(图8A)，并通过差异甲基化和代谢物丰度分析发现IDH突变肿瘤中有三种代谢物丰度上调(图8A)。此外，在实验测量的737,419个CpG位点中，也观察到与GBM相比，IDH突变肿瘤的甲基化位点有7,914个上调，134个下调(图8A)。此外，IDH突变肿瘤也被观察到与GBM相比蛋白质差异主要涉及包括癌症相关RTK和血管形态发生(缺氧)通路在内的失调(图8A)。RTK信号蛋白也在IDH突变样本中被观察到显著上调(图8B)。蛋白质基因组整合也表明与GBM相比，IDH突变肿瘤的缺氧特征更低(图8C)。接着研究使用STRING数据库进行的蛋白质相互作用分析，观察到HIF1A通路成员之间的正相关性(图8D)。接着为了进一步证实IDH-WT肿瘤具有更强的HIF1A通路激活，研究对IDH-WT和IDH突变星形细胞瘤进行分析，并发现SERPINE1在IDH-WT中高表达，但在IDH-WT突变肿瘤中没有表达(图8E)。最后研究利用激酶文库探索了IDH突变通过磷酸化和激酶活性对细胞内信号传导的影响，结果观察到IDH突变肿瘤中AMPKA和相关激酶的活性明显降低(图8F)。 图8 4级IDH突变星形细胞瘤中的异常通路 到这里文章的主要内容就介绍完了，总结一下，文章基于多组学数据详细分析了高级别胶质瘤发展过程中的多尺度信号传导网络。该网络展现HGG从分子层面到细胞层面，再到整体组织层面的复杂信号交互，揭示了信号传导如何调控HGG肿瘤的生长和扩散。文章不仅研究内容丰富，且结果展示条理清晰，是一篇十分值得小伙伴们参考学习的多组学数据整合分析的文章。 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入 生物制品微信群！ 请注明：姓名+研究方向！ 版 权 声 明 本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。

研究团队利用全基因组CRISPR筛选确认了α-鹅膏蕈碱的分子靶标，并发现STT3B蛋白在α-鹅膏蕈碱的毒性中是必不可少的，STT3B是在一系列生物识别事件中参与蛋白质折叠和转运的N-糖链生物合成通路的 蘑菇中毒是全球食物中毒的主要死因。仅在中国，2010至2020年就报告了近4万例致病和788例致死事件。α-鹅膏蕈碱是毒鹅膏（死亡帽菇）产生的主要毒素，会导致高比例的不可修复的肝或肾损伤和食用后死亡。虽然会致命，但α-鹅膏蕈碱毒性的具体分子机制一直不清晰，目前也没有明确的解毒剂。 2023年5月16日，中山大学王巧平、万国辉等人在 Nature Communications 期刊发表了题为：Identification of indocyanine green as a STT3B inhibitor against mushroom α-amanitin cytotoxicity 的研究论文。 该研究指出，美国FDA批准用作诊断试剂的吲哚菁绿能降低α-鹅膏蕈碱在人类细胞系和小鼠体内的毒性，α-鹅膏蕈碱是世界上最毒蘑菇毒鹅膏（死亡帽菇）产生的一种毒素。毒鹅膏菌中毒占到了全球蘑菇相关致死事件的90%以上，研究结果表明，吲哚菁绿或能作为人类毒鹅膏菌中毒的潜在解毒剂。 研究团队利用全基因组CRISPR筛选确认了α-鹅膏蕈碱的分子靶标，并发现STT3B蛋白在α-鹅膏蕈碱的毒性中是必不可少的，STT3B是在一系列生物识别事件中参与蛋白质折叠和转运的N-糖链生物合成通路的主要成分。研究团队利用虚拟药物筛选发现了吲哚菁绿可作为STT3B的抑制剂，或能预防肝毒性。吲哚菁绿还被发现能提高暴露在α-鹅膏蕈碱中的人类细胞系和小鼠的生存率。 仍需开展进一步研究理解吲哚菁绿用来抑制α-鹅膏蕈碱的具体机制，并评估其用于人体的安全性。研究团队还指出，全基因组CRISPR筛选与虚拟药物筛选的结合或有助于快速发现其他医学相关人类中毒事件的解药。