揭示肿瘤联合疗法新策略

导读：肽基-脯氨酰顺反异构酶 Pin1 是癌症的关键治疗靶点，但 Pin1 蛋白稳定性的调控在很大程度上是未知的。Pin1 高表达与胶质瘤干细胞 （GSC） 中 SUMO1 修饰的蛋白过度苏莫化有关，但其潜在机制仍然难以捉摸。

中国科学技术大学周文超、卞修武及安徽医科大学张爱丽共同通讯在《Nature Communications》在线发表题为“Stabilization of Pin1 by USP34 promotes Ubc9 isomerization and protein sumoylation in glioma stem cells”的研究论文，该研究发现USP34稳定Pin1促进胶质瘤干细胞中Ubc9异构化和蛋白sumoylation。

研究背景

 01 

翻译后蛋白质加工决定了在恶性癌症（如极其致命的脑肿瘤胶质母细胞瘤 （GBM））中具有不可或缺的功能的蛋白质的特性。神经胶质瘤干细胞 （GSC） 位于肿瘤细胞层次结构的顶端，在 GBM 的启动、进展和治疗耐药性中起着关键作用。作为研究深入的蛋白质加工类别，翻译后修饰 （PTM） 已在参与 GSC 自我更新、多能性和应激反应的几种重要蛋白质上检测到。重要的是，GSC 中与 PTM 相关的机制研究揭示了许多抑制性化合物作为潜在的治疗方法。蛋白质构象变化，特别是由脯氨酰顺反异构化引起的内在构象转换，代表了另一类翻译后蛋白质加工，在肿瘤生物学中具有重要功能。研究GSCs中脯氨酰异构化的上游调节分子和下游致癌底物必将导致发现新的治疗靶点，因此应成为癌症研究的重中之重。

研究进展

 02 

在这项研究中，我们研究了在 GSCs 中高度表达的 Pin1 的上游调节因子和下游效应因子，以诱导高溶化。我们将 USP34 鉴定为一种 Pin1 相互作用的 DUB，负责 GSC 中 Pin1 蛋白的去泛素化和稳定。值得注意的是，Plk1 介导的 Pin1 在 S65 位点的磷酸化促进其与 USP34 的结合，而 Plk1 抑制剂 SBE13 降低 Pin1 蛋白表达。此外，USP34 优先在 GSC 中表达，破坏 USP34 会损害 GSC 的维持和 GBM 的生长。有趣的是，沉默 USP34 严重抑制 GSC 中 Pin1 介导的 SUMO1 修饰的 SUMO1，但不抑制 SUMO2/3 修饰的 sumoylation。

我们进一步确定的 SUMO E2 酶 Ubc9 是 GSC 中的 Pin1 底物。Pin1 与 pS71-Pro 基序的 Ubc9 相互作用并使其异构化。值得注意的是，Pin1介导的Ubc9异构化选择性地增加了其对SUMO1的亲和力，而不是SUMO2/3修饰剂的亲和力，导致GSC中SUMO1修饰的全域sumoylation升高。此外，我们发现 CDK1 促进 S71 在 Ubc9 位点的磷酸化，以增强其与 Pin1 的相互作用。我们的临床前研究表明，使用 Pin1 抑制剂磺磷蛋白和 CDK1 抑制剂 RO3306 的联合治疗有效地抑制 SUMO1 修饰的 sumoylation，抑制 GSC 维持，并减轻颅内 GBM 生长。

总之，我们的工作不仅发现 USP34 作为 DUB 在翻译后水平上调节异常的 Pin1 表达，而且还揭示了 Pin1 作为 PPI 酶通过直接异构化的 SUMO E2 酶 Ubc9 参与蛋白质 sumoylation。这些发现为治疗GBMs和潜在的其他Pin1驱动的癌症提供了多种药物靶点和治疗策略。

研究结论

 03 

综上所述，我们的研究揭示了GSCs中稳定Pin1蛋白、促进Ubc9异构化和上调SUMO1修饰的sumoylation的分子机制。USP34 催化的 Pin1 去泛素化的发现扩展了我们对关键 PPIase Pin1 调控的知识。Pin1 异构化 Ubc9 以选择性地促进与 SUMO1 的硫酯形成，从而提升全局 sumoylation 的发现加深了我们对 sumoylation 过程的理解。但并非不重要的一点是，本研究中发现的所有调节酶，包括 USP34、Pin1、Plk1、CDK1 和 Ubc9，都可能成为治疗 GBM 和潜在其他恶性肿瘤的联合疗法的有效药物靶点。