RNA结合蛋白ERα可以支持肿瘤细胞生存和抵抗抗癌药物

2021-10-26 11:46:01 BioArt

撰文 | 我的闺蜜老红帽

乳腺癌是当今社会发病率最高的几类癌症之一,而经研究统计指出,70%乳腺癌病人的重要核内荷尔蒙受体雌激素受体α(estrogen receptor,简称ERα)都处于活化状态【1】。之前,学界对ERα的功能已经进行了广泛和深入的研究,尤其是其在细胞核内调控转录过程中以及影响乳腺癌病程等方面。事实上,ERα拮抗剂它莫昔芬(tamoxifen)在临床上是治疗乳腺癌的一线药物,它可以通过抑制ERα的活性来调节转录过程,延长病人的生存周期【2,3】。然而有一定比例的病人最终产生耐药性【4】,而这些病人的ERα仍旧处在活化状态【5,6】,产生此种现象的原因以及具体机制仍旧不得而知。

近日,来自美国加州大学旧金山分校的Davide Ruggero研究组在Cell上发表题为 ERα is an RNA-binding protein sustaining tumor cell survival and drug resistance 的文章,发现ERα可以与RNA相结合,这也是肿瘤耐药性的分子基础。

有报道指出,ERα是一类核质穿梭蛋白(nucleocytoplasmic shuttling protein),可以在细胞核与细胞质之间自由而迅速的移动【7】。为了研究ERα在细胞核之外行使何种功能,作者通过免疫共沉淀联合质谱的方法,发现ERα可以与多种RNA结合蛋白发生蛋白质相互作用。为了确定ERα是否也是一类RNA结合蛋白,作者通过oligo(dT) 珠子pull down实验确定,在乳腺癌细胞系MCF7 和T47D中,ERα都可以与大量poly(A) RNA相结合。

接下来,作者研究ERα是直接与RNA结合,还是通过其他分子介导。作者通过的辐射交联和免疫共沉淀(ultraviolet radiation cross-linking and co-immunoprecipitation ,简称CLIP)方法,明确发现ERα-RNA复合物,这也是ERα与RNA直接相互作用的有力证据。另外,作者还进一步研究确定259-262位氨基酸是ERα与RNA的结合部位。

再下来,作者集中研究上述确定的ERα的RNA结合活性的具体功能。作者在乳腺癌细胞系MCF7 和T47D中突变其RNA结合区域后,发现癌细胞的增殖速率明显降低。随后,作者通过CRISPRi 筛选的方法,在一组sgRNA库中,筛选出MCL1,eIF4G2和XBP1这三种蛋白,其对应RNA可以与ERα相结合,并且参与细胞周期和凋亡进程。其中,XBP1是一类重要的转录因子,它的剪切后形态(也称XBP1s)转录活性更加强大,在压力作用下可以促进细胞生存,在多种癌细胞中,当然也包括乳腺癌,是作为原癌基因而存在的【8】。作者还发现,在MCF7细胞系上抑制ERα的RNA结合活性,基本上可以完全抑制XBP1的RNA在内质网上的剪切装配。另外,MCL1是BCL-2抗凋亡蛋白家族成员,而eIF4G2参与细胞生长相关蛋白的翻译过程。作者也确定,在MCF7细胞系上抑制ERα的RNA结合活性,同样也可以显著抑制MCL1和eIF4G2的翻译。这些工作最终说明,ERα的RNA结合活性,可以调控多种分子的转录后修饰,包括抑制XBP1的剪切,和阻碍MCL1和eIF4G2的表达。

最后,作者研究上述机制在乳腺癌抗药性中的具体作用。作者发现,在ERα+的乳腺癌病人病灶中,ERα的转录后修饰靶点,如MCL1,eIF4G2和XBP1与正常人群相比,表达水平均有显著升高。另外,在长期它莫昔芬处理后的低敏感MCF7细胞系中,它莫昔芬的药效,包括阻断细胞周期和诱导细胞凋亡,都被一定程度的拮抗了。最后,作者在NSG小鼠中移植ERα的RNA结合区域突变的TamR 细胞,发现与移植野生型细胞的对照小鼠相比,实验组小鼠肿瘤生长明显减缓,它莫昔芬的药效也明显增强。

综上所述,作者通过多种细胞和生化手段确定,乳腺癌关键转录因子ERα可以与RNA直接结合,其RNA结合多种活性转录后修饰过程中,包括XBP1的剪切和MCL1、eIF4G2的表达等,具有至关重要的作用,也因此调控肿瘤细胞的生长和抗癌药物的药效。

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.08.036

制版人:十一

参考文献

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7. Lombardi, M., Castoria, G., Migliaccio, A., Barone, M.V., Di Stasio, R., Cio- ciola, A., Bottero, D., Yamaguchi, H., Appella, E., and Auricchio, F. (2008). Hor- mone-dependent nuclear export of estradiol receptor and DNA synthesis in breast cancer cells. J. Cell Biol. 182, 327–340.

8. Walter, P., and Ron, D. (2011). The unfolded protein response: from stress pathway to homeostatic regulation. Science 334, 1081–1086.

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