LYPLA2

这项研究揭示了DHHC7介导的棕榈酰化和APT2介导的去棕榈酰化以接力的方式在时间和空间上调控GSDMD的剪切、膜易位和寡聚，进而促进GSDMD的激活和细胞焦亡的分子机制。 细胞焦亡（pyroptosis）是一种由gasdermin介导的裂解性的程序性细胞死亡方式。Gasdermin D（GSDMD）是gasdermin家族中研究最广泛的成员，在宿主抵抗病原体免疫中发挥重要作用。在经典的细胞焦亡中，焦亡刺激诱导炎症小体激活后，GSDMD被炎性caspase剪切，释放出活性氨基末端片段（GSDMD-NT），随后GSDMD-NT转移到细胞质膜，发生构象变化并寡聚，形成一个插膜的孔状结构。通过该孔道，细胞分泌大量促炎细胞因子如白细胞介素IL-1β等，引发强烈的炎症反应并诱导免疫细胞发生焦亡。 GSDMD作为介导细胞焦亡的关键因子，其剪切和寡聚受到严密调控。尽管体外的结构研究已表征GSDMD和caspase之间的相互作用，但在焦亡刺激后这种酶-底物复合物是如何形成的尚不清楚。此外，体外实验已证明GSDMD-NT具有脂质结合能力和寡聚化能力，但在细胞内GSDMD的剪切、质膜转位和寡聚如何在时间和空间上被协调是领域内尚未解决的重要科学问题。 2024年3月27日，中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心许代超团队在 Nature Cell Biology 期刊发表了题为：A palmitoylation-depalmitoylation relay spatiotemporally controls GSDMD activation in pyroptosis 的研究论文。 该研究揭示了一种由S-棕榈酰化-去棕榈酰化接力所介导的细胞焦亡调控机制。这种接力机制以时空依赖性的方式控制GSDMD的剪切、质膜转位和寡聚。该研究将为以蛋白棕榈酰化动态修饰为靶点开发药物治疗感染性疾病的策略提供了科学依据。 S-棕榈酰化是一种通过硫酯键将棕榈酸共价连接到蛋白质半胱氨酸残基上的翻译后修饰，可增加蛋白质的疏水性，从而调控蛋白质的膜易位、膜结合、构象变化、稳定性以及与其他蛋白质的相互作用等过程。多种刺激可触发蛋白质发生棕榈酰化和去棕榈酰化，以类似于蛋白质磷酸化和泛素化的方式调节蛋白质的功能。 研究人员发现，在细胞焦亡过程中，鼠源GSDMD在氨基末端结构域的保守Cys192残基上发生可逆性S-棕榈酰化修饰。在巨噬细胞中，多种刺激均会诱导GSDMD发生棕榈酰化，该过程由棕榈酰转移酶DHHC7介导。这种修饰增强了GSDMD与caspase的相互作用，从而促进了GSDMD的剪切。进一步分析发现棕榈酰化能够在空间上促进剪切后形成的活性GSDMD-NT从细胞质易位到细胞质膜上。 鉴于棕榈酰化修饰促进GSDMD的剪切和膜易位，进而促进细胞焦亡，研究人员预期去棕榈酰化修饰应抑制细胞焦亡，即抑制去棕榈酰化修饰促进细胞焦亡。但有趣的是，敲除具有去棕榈酰化作用的酰基硫酯酶APT2却抑制了细胞焦亡，但不影响GSDMD的剪切以及GSDMD-NT的膜易位。这引起研究人员关注到与成孔活性直接关联的GSDMD-NT的寡聚。分析发现，GSDMD-NT可由定位于细胞质膜上的APT2去除棕榈酰基团，释放出Cys192残基，促进其他修饰如活性氧ROS对Cys192位点的氧化作用，从而介导GSDMD-NT的寡聚。所以GSDMD的棕榈酰化和去棕榈酰化均有助于促进细胞焦亡。研究人员发现，抑制棕榈酰化或者去棕榈酰化过程均可有效保护小鼠免受脂多糖LPS诱导的脓毒性休克，并能够以GSDMD依赖的方式增加小鼠对细菌感染的敏感性。 “棕榈酰化-去棕榈酰化接力”时空依赖性地调控GSDMD剪切、膜转运和寡聚的分子机制模式图 总的来说，这项研究揭示了DHHC7介导的棕榈酰化和APT2介导的去棕榈酰化以接力的方式在时间和空间上调控GSDMD的剪切、膜易位和寡聚，进而促进GSDMD的激活和细胞焦亡的分子机制。该研究将为以蛋白棕榈酰化动态修饰为靶点开发药物治疗感染性疾病的策略提供了科学依据。 中国科学院生物与化学交叉研究中心许代超研究员为该文通讯作者，中国科学院生物与化学交叉研究中心博士生张娜、杨元鑫和苏州大学张健副教授为该文共同第一作者。中国科学院生物与化学交叉研究中心谭立研究员、陈忠文研究员等人为该工作提供了宝贵的帮助。

前言蛋白质脂质化是一类不同的翻译后修饰（PTM），由40多种酶调节，靶向3000多个位点的1000多种底物。脂质蛋白包括150多种癌蛋白，涉及癌症起始、进展和免疫的介质、受体激酶、转录因子、G蛋白偶联受体和细胞外信号蛋白。脂质化调节其蛋白质底物与细胞膜的物理相互作用，调节蛋白质信号传导和运输，并在代谢和免疫中发挥关键作用。蛋白质脂质化可大致分为两种类型：组成型脂质化，其中脂质作为蛋白质合成或成熟的组成部分附着；以及动态脂质化，例如在信号级联过程中，从成熟蛋白质中动态添加或去除脂质。对复杂和动态的蛋白质脂质化景观进行分析具有相当大的挑战，癌症中的脂质PTM及其失调为癌症药物发现提供了目前尚未开发的潜在靶点来源。因此，我们需要加强对癌症靶向蛋白脂质化途径的理解，推动靶向蛋白脂质化癌症药物的临床研究，提供靶向蛋白质脂质化的新型肿瘤疗法。癌症中的S-丙烯酰化S-丙烯酰化在蛋白质合成后迅速发生，并且是不可逆的，在蛋白质的一生中持续存在。这一过程是由四种蛋白质丙炔基转移酶，法尼基转移酶（FTase）和香叶基-香叶基转移酶I、II和III（GGTase I–III），在C末端或附近的半胱氨酸残基上添加类异戊二烯脂质引发的。最突出的丙酰化癌蛋白是四种RAS亚型（KRAS4A、KRAS4B、NRAS和HRAS），约占19%的突变癌症患者，尤其是那些对治疗最具耐药性的患者。有证据表明，在健康人和疾病患者中，异戊二烯化参与了这些癌蛋白的调节。RAS激活突变普遍保留了膜定位和致癌信号传导所需的CaaX盒预酰化位点，以及KRAS4A、NRAS和HRAS的二次棕榈酰化所需的位点。异丙基半胱氨酸羧甲基转移酶（ICMT）对丙酰化修饰的进一步处理影响RAS蛋白定位和RAS-驱动的恶性转化。最近的研究表明，ICMT还可能有助于癌症细胞增殖和存活、DNA损伤修复、干性和自我更新。通过靶向脂质化破坏RAS定位和下游信号传导已被广泛研究作为靶向RAS突变体的一种方法。2020年，FTase抑制剂（FTI） lonafarnib成为首个获批的抗蛋白质-脂质转移酶的药物，靶向罕见病早衰亚型中层粘连蛋白a法尼酰化的异常保留。此外，FTI  tipifarnib已被授予针对携带HRAS突变的HNSCC的突破性疗法。不幸的是，由于剂量限制、靶向血液毒性和耐药性，II期临床试验中最初表现出的高反应率很短暂。为了降低耐药性，目前正在研究联合疗法。此外，一种GGTase I抑制剂（GGTI-2418，也称为PTX-100）已进入T细胞淋巴瘤（NCT03900442）的Ib期临床试验。癌症中N-肉豆蔻酰化N-肉豆蔻酰化是一种不可逆的C14:0脂质PTM，由N-肉豆蔻基转移酶（NMT）催化，从肉豆蔻基CoA（Myr-CoA）转移到人类蛋白质组中200多种底物蛋白的N-末端甘氨酸。肉豆蔻酰化可以介导动态膜结合，触发次级PTM（如S-酰化）和蛋白质相互作用，调节蛋白质复合物的酶活性，或变构调节可溶性蛋白质。SRC家族激酶是NMT的首批鉴定底物之一，随后的研究表明，NMT通过多种致癌途径调节底物。例如，肉豆蔻酰化将脱铁抑制蛋白1（FSP1）靶向膜，在膜中它防止氧化脂质物质的积累。NMT底物包括传统方法无法治疗的致癌蛋白家族，包括ADP核糖基化因子蛋白（ARFs）、ARF样蛋白（ARLs）和高尔基体重组堆叠蛋白（GOASP），它们调节ER–高尔基体运输，参与线粒体复合体I组装等。asciminib是一种口服给药的小分子选择性变构抑制剂，靶向BCR-ABL1酪氨酸激酶的肉豆蔻酰口袋，由诺华制药研发，主要用于费城染色体阳性（Ph+）慢性粒细胞白血病（CML）。于2021年获得FDA批准，在激酶抑制剂耐药性癌症中显示出疗效，并在临床试验中显示出持久的反应（NCT02081378，NCT03106779）。NMT活性也可以直接靶向，为对抗多种其他不可治疗的癌蛋白提供了一个独特的干预点，这些癌蛋白汇聚在调节蛋白质合成的途径上。来自几项体外和体内研究的证据，包括膀胱癌和B细胞淋巴瘤的异种移植物模型，以及肺癌的同基因小鼠模型中，抑制NMT通过LAMTOR1的功能丧失诱导肿瘤细胞中的蛋白质合成阻断。最后，NMT抑制剂偶联的抗体偶联药物（ADC）显示出显著的提高疗效和耐受性的潜力，最近在乳腺癌、胃癌和前列腺癌的异种移植物模型中报道了肿瘤的完全消退。这些数据表明，NMT抑制剂的靶向递送可能扩大靶向癌症范围。癌症中的S-棕榈酰化在人类中，S-棕榈酰化由ZDHHC家族中的23种蛋白质催化，其去除可由丝氨酸水解酶超家族的多种APT催化，包括APT1、APT2和含有α/β水解酶结构域（ABHD）的蛋白质ABHD17A、ABHD17B、ABHD17 C和ABHD10，使S-棕榈酰化成为一类独特的可逆和动态的蛋白质脂质化。在超过100项蛋白质组学和生物化学研究中，超过2400种哺乳动物蛋白质发生棕榈酰化。这些蛋白质包括整合膜蛋白、外周膜蛋白、细胞质信号蛋白和转录因子。包括NRAS、KRAS4A、HRAS、EGFR和p53在内的癌蛋白依赖于S-棕榈酰化循环来调节其定位、活性或相互作用因子，已知大于150种癌蛋白是S-棕榈酰酸化的。棕榈酰化是致癌激酶的重要调节因子，包括肝细胞生长因子受体酪氨酸激酶MET，其中ER中的棕榈酰化对运输、稳定性和表达是很重要的。此外，有证据表明，EGFR信号传导对其棕榈酰化有促进和抑制作用，这可能是由于存在多个棕榈酰化位点，这些位点由不同的ZDHHC蛋白调节，并具有不同的功能效应。棕榈酰化还调节G蛋白偶联受体的活性，包括黑素皮质素-1受体（MC1R）的活性，后者在紫外线照射后驱动黑色素的产生和DNA修复。因此，棕榈酰化受损的MC1R会增加黑色素瘤的风险。S-棕榈酰化与癌症治疗的耐药性也有关。例如，ZDHHC2介导的线粒体酰甘油激酶（AGK）的棕榈酰化通过激活AKT–mTOR信号增加肾细胞癌中舒尼替尼的耐药性，而ZDHHC16介导的PCSK9的棕榈酰基化通过激活PI3K–AKT途径诱导癌症中索拉非尼的耐药性。转录增强相关结构域（TEAD）蛋白在Hippo信号传导下游调节细胞生长和增殖。GNE-7883是最近报道的一种优化的TEAD棕榈酰化抑制剂，它强烈抑制YAP/TAZ与所有四个TEAD家族成员（TEAD1–4）的结合，并在NSCLC的患者衍生异种移植物模型中逆转Hippo驱动的对KRAS-G12C抑制剂的内在和获得性耐药。第一批进入间皮瘤I期临床试验的TEAD自棕榈酰化抑制剂显示出良好的耐受性和抗肿瘤活性（NCT05228015和NCT04665206）。小结调节蛋白质脂质化为我们提供一种独特的方法，通过控制其膜结合、运输、蛋白质稳定性和蛋白质-蛋白质相互作用，靶向其他难以治疗的癌蛋白。随着我们对癌症中蛋白质脂质化相关性认识的发展，新的治疗机会可能会出现。参考文献：1.Proteinlipidation in cancer: mechanisms, dysregulation and emerging drug targets. NatRev Cancer.2024 Feb 29免责声明“药渡”公众号所转载该篇文章来源于其他公众号平台，主要目的在于分享行业相关知识，传递当前最新资讯。图片、文章版权均属于原作者所有，如有侵权，请及时告知，我们会在24小时内删除相关信息。微信公众号的推送规则又双叒叕改啦，如果您不点个“在看”或者没设为"星标"，我们可能就消散在茫茫文海之中~点这里，千万不要错过药渡的最新消息哦！

本文为转化医学网原创，转载请注明出处 作者：Sophia 导读： 转录因子 STAT3（信号转导和转录激活因子3）的组成型激活会导致许多癌症的恶性肿瘤，例如肝细胞癌（HCC），并且与预后不良有关。STAT3 活性通过棕榈酰转移酶 DHHC7（由 ZDHHC7 编码）可逆地对 Cys108 进行棕榈酰化而增加。 12月6日，上海交通大学附属仁济医院消化科主治医生/上海交通大学研究员张明明及美国霍华德·休斯医学研究所林合宁教授团队在《Science Signaling》上发表了题为“STAT3 palmitoylation initiates a positive feedback loop that promotes the malignancy of hepatocellular carcinoma cells in mice”的封面文章， 研究揭示了STAT3促进肝癌的全新机制，并提示DHHC7有望成为肝癌新的分子标志物，也可能成为肝癌治疗的候选靶点，而MY-D-4有望成为肝癌治疗的候选药物。 https://www-science-org.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1126/scisignal.add2282 研究背景 01 肝细胞癌（HCC）是一种高度侵袭性和转移性肿瘤，预后不良。尽管肝细胞癌和肝细胞癌相关死亡的发生率有所增加，但晚期肝细胞癌的治疗选择有限。尽管索拉非尼和仑伐替尼等多酪氨酸激酶抑制剂被批准用于晚期肝癌，但约 18% 的患者 5 年生存率较低，尽管与索拉非尼相比，阿替利珠单抗与贝伐珠单抗联合治疗的新兴治疗策略的 1 年生存率更高，但 仍需要更多的 HCC 生物标志物和疗法 。 信号转导和转录激活因子 3 （STAT3） 是一种转录因子，对各种恶性和炎症过程很重要。在特异性细胞因子刺激下，激活的STAT3促进下游靶基因的表达，如HIF1A（缺氧诱导因子-1α）和MCL1（髓系细胞白血病-1），这些基因参与肿瘤发生和增殖。STAT3 的组成型激活导致大多数癌症（如 HCC）的恶性肿瘤，并且与预后不良有关。作为 STAT3 的下游靶基因，MCL1 在肝脏中人工与 c-MYC 共过表达，在许多不同的小鼠品系中诱导原位肿瘤发生。 鉴于 STAT3 在癌症中的组成型激活和关键致癌作用，STAT3 是一个有前途的治疗靶点。 半胱氨酸棕榈酰化（S-棕榈酰化）是一种翻译后修饰，可驱动蛋白迁移到质膜并促进许多癌细胞的恶性肿瘤。S-棕榈酰化由23 种哺乳动物棕榈酰转移酶（DHHC）催化，它们共享 Asp-His-His-Cys 序列基序，并被酰基蛋白硫酯酶 [APTs; 和含 α/β 水解酶结构域 （ABHD） 蛋白家族成员] 去除 。已知 DHHC 和 APT 都会影响多种蛋白。STAT3 在 Cys108 上被 DHHC7（基因名 ZDHHC7）棕榈酰化，并被 APT2（也称为 LYPLA2）逆转。STAT3 棕榈酰化-去棕榈酰化循环可促进辅助性 T 细胞 17（TH17）分化和炎症性肠病。然而， STAT3 S-棕榈酰化在HCC中的生理功能及S-棕榈酰化的调控作用有待进一步研究。 研究进展 02 激活的 STAT3 和上调的 HIF1α 促进肝癌细胞的恶性肿瘤，并提示 HCC 预后不良。为了确定 STAT3-HIF1α-DHHC7 环是否与人类 HCC 相关，分析了另一个队列中 85 名 HCC 患者的组织。我们发现 DHHC7 和 HIF1α 的蛋白质丰度彼此之间表现出相对较高的相关性，并且 p-STAT3 丰度与 HCC 组织中 DHHC7 和 HIF1α 的丰度呈中等相关性（图7A）。此外，DHHC7 和 HIF1α 含量较高的患者往往具有较大的 HCC 肿瘤。较高的 DHHC7、HIF1α 和 p-STAT3 水平预测 HCC 患者的总生存期和无肿瘤生存期预后较差（图7B ）。总的来说，STAT3-HIF1α-DHHC7 环导致 HCC 患者的预后不良（图7C）。 DHHC7-STAT3-HIF1α 正反馈环在人类 HCC 患者中上调。 研究结果 03 本研究， 我们报道了 STAT3 的 S-棕榈酰化刺激人 HCC 细胞系、HepG2 细胞和 PLC/PRF/5 细胞的恶性肿瘤，并导致 HCC 患者的不良预后。DHHC7 的 S-棕榈酰化增强了 STAT3 的转录活性，促进了 HIF1A 和 MCL1 等靶基因的转录。HIF1α反过来又促进了ZDHHC7基因的表达。这创造了一个正反馈循环，导致了HCC的恶性肿瘤。通过靶向DHHC7在药理学或遗传学上扰乱这种正反馈回路，在体外和体内减少了HCC的恶性肿瘤。 我们的研究结果揭示了一种以前未确定的治疗HCC的治疗策略，可能广泛适用于其他癌症和炎症性疾病。 参考资料： https://www-science-org.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1126/scisignal.add2282 注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 北京｜12月19日-20日 ▶第四届单细胞测序技术应用研讨会暨单细胞&空间组学研讨会（日程稍后公布） 点击对应文字 查看详情