摘要：一項(xiàng)新研究的驚人結(jié)果提供了關(guān)于癌細(xì)胞如何轉(zhuǎn)移的新見(jiàn)解，并提出了阻止其擴(kuò)散的新治療方法。
南加州大學(xué)(University of Southern California)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究得出了令人驚訝的結(jié)果，為了解癌細(xì)胞如何轉(zhuǎn)移提供了新的見(jiàn)解，同時(shí)也提出了阻止癌細(xì)胞擴(kuò)散的新治療方法。
美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院支持的這項(xiàng)研究集中在一種叫做GRP78的細(xì)胞伴侶蛋白上，這種蛋白也被稱(chēng)為BiP，它有助于調(diào)節(jié)其他蛋白質(zhì)的折疊。該團(tuán)隊(duì)由南加州大學(xué)凱克醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)和分子醫(yī)學(xué)教授Amy S. Lee博士領(lǐng)導(dǎo)，以之前的工作為基礎(chǔ)。研究人員使用共聚焦顯微鏡和mRNA敲除等技術(shù)表明，通常存在于細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)的GRP78也可以在細(xì)胞應(yīng)激時(shí)進(jìn)入細(xì)胞核，在那里它調(diào)節(jié)基因表達(dá)和途徑，最終使癌細(xì)胞變得更具攻擊性。
該研究的資深作者、南加州大學(xué)諾里斯綜合癌癥中心朱迪和拉里·弗里曼基礎(chǔ)科學(xué)研究主席Lee說(shuō):“在細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)GRP78控制基因表達(dá)完全是一個(gè)驚喜。當(dāng)談到癌細(xì)胞的基本機(jī)制時(shí)，這是一種新奇的東西，據(jù)我所知，以前沒(méi)有人觀察到過(guò)。”這一發(fā)現(xiàn)可能代表了細(xì)胞生物學(xué)的范式轉(zhuǎn)變，并對(duì)癌癥治療研究具有啟示意義。Lee及其同事在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上發(fā)表了他們的研究結(jié)果，論文題為“ER伴侶GRP78/BiP在應(yīng)激下易位到細(xì)胞核，并作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子”，他們得出結(jié)論，“我們的研究揭示了癌細(xì)胞通過(guò)核GRP78介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)來(lái)響應(yīng)ER應(yīng)激的機(jī)制，從而采取侵襲性表型。”
圖1 研究發(fā)現(xiàn)通常存在于細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)的GRP78也可以在細(xì)胞應(yīng)激時(shí)進(jìn)入細(xì)胞核
作者指出，分子伴侶越來(lái)越被認(rèn)為是健康和疾病中細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)者。由HSPA5基因編碼的伴侶蛋白GRP78是熱休克蛋白70 (HSP70)蛋白家族的成員。與其他細(xì)胞質(zhì)HSP成員不同，GRP78包含一個(gè)將其靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的信號(hào)序列。作為一種主要的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶，GRP78在折疊和加工膜結(jié)合蛋白或分泌蛋白中起著關(guān)鍵作用，Lee的團(tuán)隊(duì)之前的研究也表明，當(dāng)細(xì)胞受到COVID-19或癌癥的壓力時(shí)，GRP78被劫持，允許病毒入侵者復(fù)制，癌癥生長(zhǎng)并抵抗治療。
通過(guò)他們的新研究，南加州大學(xué)的研究人員意外發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞受到壓力時(shí)，“在癌細(xì)胞中通常過(guò)度表達(dá)”的GRP78遷移到細(xì)胞核，在那里它改變了基因活動(dòng)，改變了細(xì)胞的行為，使癌細(xì)胞變得更具移動(dòng)性和侵襲性。
這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)最初是偶然發(fā)現(xiàn)的。Lee博士實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員、該研究的第一作者Ze Liu博士正在分析GRP78如何調(diào)節(jié)一種被稱(chēng)為EGFR的基因，這種基因長(zhǎng)期以來(lái)一直與癌癥有關(guān)。Liu發(fā)現(xiàn)了一些令人驚訝的事情:GRP78控制著EGFR的基因活性，這提出了一種有趣的可能性，盡管GRP78長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為主要存在于細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，但伴侶蛋白可能已經(jīng)進(jìn)入細(xì)胞核并承擔(dān)了新的角色。
為了證實(shí)他們的假設(shè)，Liu, Lee和同事使用共聚焦顯微鏡，提供高分辨率的2D和3D成像，再加上捕捉活細(xì)胞圖像的先進(jìn)技術(shù)，直接觀察肺癌細(xì)胞細(xì)胞核中的GRP78，以及應(yīng)激下的正常細(xì)胞。
研究人員還開(kāi)始更多地了解GRP78進(jìn)入細(xì)胞核后細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的事情。他們使用一種復(fù)雜的RNA測(cè)序方法，將細(xì)胞核中過(guò)度表達(dá)GRP78的肺癌細(xì)胞與細(xì)胞核中缺乏GRP78的細(xì)胞進(jìn)行了比較，以幫助找出哪些基因受到了影響。“令我們非常驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核中受GRP78調(diào)控的關(guān)鍵基因主要與細(xì)胞遷移和入侵有關(guān)，”Lee說(shuō)。“這項(xiàng)研究揭示了癌細(xì)胞通過(guò)GRP78/BiP的核易位對(duì)應(yīng)激作出反應(yīng)的分子機(jī)制，GRP78/BiP作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，允許細(xì)胞采用侵襲性表型并影響其他途徑。”他們還指出，GRO78在多種癌癥中上調(diào)，并與侵襲性生長(zhǎng)、侵襲性和治療耐藥性有關(guān)。
圖2 GRP78定位于人癌癥細(xì)胞和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激細(xì)胞的細(xì)胞核。
他們使用了幾種技術(shù)，包括生化分析和GRP78的mRNA敲除，這使他們能夠識(shí)別GRP78內(nèi)的信號(hào)，使其能夠進(jìn)入細(xì)胞核，并確認(rèn)當(dāng)GRP78存在于細(xì)胞核中時(shí)，它會(huì)刺激EGFR基因的活性。眾所周知，EGFR在許多不同類(lèi)型的癌癥(包括肺癌)的腫瘤發(fā)生、增殖、生存和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著多種作用。他們寫(xiě)道:“……我們發(fā)現(xiàn)GRP78敲低持續(xù)抑制多種人類(lèi)肺癌細(xì)胞系中EGFR蛋白表達(dá)水平，這些細(xì)胞系具有不同的EGFR突變和擴(kuò)增狀態(tài)。”當(dāng)他們查看200多種不同人類(lèi)肺癌細(xì)胞系的基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，“我們發(fā)現(xiàn)GRP78和EGFR轉(zhuǎn)錄水平之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著的正相關(guān)。”
他們的研究結(jié)果表明，GRP78與另一種通常抑制基因(包括EGFR)的細(xì)胞蛋白ID2結(jié)合，其中許多基因允許細(xì)胞遷移。但是當(dāng)與GRP78結(jié)合時(shí)，ID2就不能再發(fā)揮作用了。研究小組寫(xiě)道:“核GRP78可以通過(guò)與轉(zhuǎn)錄抑制因子ID2的相互作用和抑制活性來(lái)調(diào)節(jié)基因和途徑的表達(dá)，特別是那些對(duì)細(xì)胞遷移和入侵很重要的基因和途徑。”如果沒(méi)有ID2轉(zhuǎn)錄抑制因子的活性，癌細(xì)胞就會(huì)變得更具侵襲性。有趣的是，研究人員指出，“最近有報(bào)道稱(chēng)，ID2通過(guò)影響癌細(xì)胞的侵襲和遷移，在肺癌中發(fā)揮腫瘤抑制作用。”
新的結(jié)果指出了幾種潛在的癌癥治療方法，包括下調(diào)GPR78的活性以抑制肺癌中的EGFR，或阻止GRP78與ID2結(jié)合。他們還評(píng)論說(shuō)，他們的研究結(jié)果表明，GRP78/BiP抑制劑可能提供一種抑制各種人類(lèi)肺癌細(xì)胞中EGFR的治療方法，而沒(méi)有針對(duì)特定突變的限制。
雖然目前的研究分析了肺癌細(xì)胞，但GRP78在包括胰腺癌、乳腺癌和結(jié)腸癌在內(nèi)的各種類(lèi)型的癌癥中起著類(lèi)似的作用。因此，GRP78也有可能與細(xì)胞核中對(duì)癌癥至關(guān)重要的其他蛋白質(zhì)結(jié)合，為癌癥生物學(xué)開(kāi)辟了一條新的研究方向。“此外，除了ID2之外，可能還有其他與核GRP78相互作用的伙伴，以及其他有待探索的機(jī)制，”他們指出。
GRP78可以進(jìn)入細(xì)胞核并發(fā)揮新功能的發(fā)現(xiàn)可能在整個(gè)細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的意義。Lee說(shuō)，這是可能的——甚至是可能的——通常存在于細(xì)胞某一部分的其他蛋白質(zhì)，在壓力或其他觸發(fā)下，可以遷移到細(xì)胞的另一部分，并以多種方式改變細(xì)胞的行為。“這是一個(gè)新概念，”她說(shuō)。“蛋白質(zhì)本身就是完成這項(xiàng)工作的士兵，但現(xiàn)在我們認(rèn)為這不僅僅是士兵的問(wèn)題，還包括士兵被部署在哪里。”
Lee和她的團(tuán)隊(duì)也在研究抑制GRP78表達(dá)或活性的藥物。他們正在進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，抑制GRP78的小分子，如YUM70，甚至可能能夠阻斷細(xì)胞核中GRP78的活性。
參考資料：
[1] ER chaperone GRP78/BiP translocates to the nucleus under stress and acts as a transcriptional regulator
摘要：一項(xiàng)新研究的驚人結(jié)果提供了關(guān)于癌細(xì)胞如何轉(zhuǎn)移的新見(jiàn)解，并提出了阻止其擴(kuò)散的新治療方法。
南加州大學(xué)(University of Southern California)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究得出了令人驚訝的結(jié)果，為了解癌細(xì)胞如何轉(zhuǎn)移提供了新的見(jiàn)解，同時(shí)也提出了阻止癌細(xì)胞擴(kuò)散的新治療方法。
美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院支持的這項(xiàng)研究集中在一種叫做GRP78的細(xì)胞伴侶蛋白上，這種蛋白也被稱(chēng)為BiP，它有助于調(diào)節(jié)其他蛋白質(zhì)的折疊。該團(tuán)隊(duì)由南加州大學(xué)凱克醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)和分子醫(yī)學(xué)教授Amy S. Lee博士領(lǐng)導(dǎo)，以之前的工作為基礎(chǔ)。研究人員使用共聚焦顯微鏡和mRNA敲除等技術(shù)表明，通常存在于細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)的GRP78也可以在細(xì)胞應(yīng)激時(shí)進(jìn)入細(xì)胞核，在那里它調(diào)節(jié)基因表達(dá)和途徑，最終使癌細(xì)胞變得更具攻擊性。
該研究的資深作者、南加州大學(xué)諾里斯綜合癌癥中心朱迪和拉里·弗里曼基礎(chǔ)科學(xué)研究主席Lee說(shuō):“在細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)GRP78控制基因表達(dá)完全是一個(gè)驚喜。當(dāng)談到癌細(xì)胞的基本機(jī)制時(shí)，這是一種新奇的東西，據(jù)我所知，以前沒(méi)有人觀察到過(guò)。”這一發(fā)現(xiàn)可能代表了細(xì)胞生物學(xué)的范式轉(zhuǎn)變，并對(duì)癌癥治療研究具有啟示意義。Lee及其同事在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上發(fā)表了他們的研究結(jié)果，論文題為“ER伴侶GRP78/BiP在應(yīng)激下易位到細(xì)胞核，并作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子”，他們得出結(jié)論，“我們的研究揭示了癌細(xì)胞通過(guò)核GRP78介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)來(lái)響應(yīng)ER應(yīng)激的機(jī)制，從而采取侵襲性表型。”
圖1 研究發(fā)現(xiàn)通常存在于細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)的GRP78也可以在細(xì)胞應(yīng)激時(shí)進(jìn)入細(xì)胞核
作者指出，分子伴侶越來(lái)越被認(rèn)為是健康和疾病中細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)者。由HSPA5基因編碼的伴侶蛋白GRP78是熱休克蛋白70 (HSP70)蛋白家族的成員。與其他細(xì)胞質(zhì)HSP成員不同，GRP78包含一個(gè)將其靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的信號(hào)序列。作為一種主要的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶，GRP78在折疊和加工膜結(jié)合蛋白或分泌蛋白中起著關(guān)鍵作用，Lee的團(tuán)隊(duì)之前的研究也表明，當(dāng)細(xì)胞受到COVID-19或癌癥的壓力時(shí)，GRP78被劫持，允許病毒入侵者復(fù)制，癌癥生長(zhǎng)并抵抗治療。
通過(guò)他們的新研究，南加州大學(xué)的研究人員意外發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞受到壓力時(shí)，“在癌細(xì)胞中通常過(guò)度表達(dá)”的GRP78遷移到細(xì)胞核，在那里它改變了基因活動(dòng)，改變了細(xì)胞的行為，使癌細(xì)胞變得更具移動(dòng)性和侵襲性。
這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)最初是偶然發(fā)現(xiàn)的。Lee博士實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員、該研究的第一作者Ze Liu博士正在分析GRP78如何調(diào)節(jié)一種被稱(chēng)為EGFR的基因，這種基因長(zhǎng)期以來(lái)一直與癌癥有關(guān)。Liu發(fā)現(xiàn)了一些令人驚訝的事情:GRP78控制著EGFR的基因活性，這提出了一種有趣的可能性，盡管GRP78長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為主要存在于細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，但伴侶蛋白可能已經(jīng)進(jìn)入細(xì)胞核并承擔(dān)了新的角色。
為了證實(shí)他們的假設(shè)，Liu, Lee和同事使用共聚焦顯微鏡，提供高分辨率的2D和3D成像，再加上捕捉活細(xì)胞圖像的先進(jìn)技術(shù)，直接觀察肺癌細(xì)胞細(xì)胞核中的GRP78，以及應(yīng)激下的正常細(xì)胞。
研究人員還開(kāi)始更多地了解GRP78進(jìn)入細(xì)胞核后細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的事情。他們使用一種復(fù)雜的RNA測(cè)序方法，將細(xì)胞核中過(guò)度表達(dá)GRP78的肺癌細(xì)胞與細(xì)胞核中缺乏GRP78的細(xì)胞進(jìn)行了比較，以幫助找出哪些基因受到了影響。“令我們非常驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核中受GRP78調(diào)控的關(guān)鍵基因主要與細(xì)胞遷移和入侵有關(guān)，”Lee說(shuō)。“這項(xiàng)研究揭示了癌細(xì)胞通過(guò)GRP78/BiP的核易位對(duì)應(yīng)激作出反應(yīng)的分子機(jī)制，GRP78/BiP作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，允許細(xì)胞采用侵襲性表型并影響其他途徑。”他們還指出，GRO78在多種癌癥中上調(diào)，并與侵襲性生長(zhǎng)、侵襲性和治療耐藥性有關(guān)。
圖2 GRP78定位于人癌癥細(xì)胞和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激細(xì)胞的細(xì)胞核。
他們使用了幾種技術(shù)，包括生化分析和GRP78的mRNA敲除，這使他們能夠識(shí)別GRP78內(nèi)的信號(hào)，使其能夠進(jìn)入細(xì)胞核，并確認(rèn)當(dāng)GRP78存在于細(xì)胞核中時(shí)，它會(huì)刺激EGFR基因的活性。眾所周知，EGFR在許多不同類(lèi)型的癌癥(包括肺癌)的腫瘤發(fā)生、增殖、生存和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著多種作用。他們寫(xiě)道:“……我們發(fā)現(xiàn)GRP78敲低持續(xù)抑制多種人類(lèi)肺癌細(xì)胞系中EGFR蛋白表達(dá)水平，這些細(xì)胞系具有不同的EGFR突變和擴(kuò)增狀態(tài)。”當(dāng)他們查看200多種不同人類(lèi)肺癌細(xì)胞系的基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，“我們發(fā)現(xiàn)GRP78和EGFR轉(zhuǎn)錄水平之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著的正相關(guān)。”
他們的研究結(jié)果表明，GRP78與另一種通常抑制基因(包括EGFR)的細(xì)胞蛋白ID2結(jié)合，其中許多基因允許細(xì)胞遷移。但是當(dāng)與GRP78結(jié)合時(shí)，ID2就不能再發(fā)揮作用了。研究小組寫(xiě)道:“核GRP78可以通過(guò)與轉(zhuǎn)錄抑制因子ID2的相互作用和抑制活性來(lái)調(diào)節(jié)基因和途徑的表達(dá)，特別是那些對(duì)細(xì)胞遷移和入侵很重要的基因和途徑。”如果沒(méi)有ID2轉(zhuǎn)錄抑制因子的活性，癌細(xì)胞就會(huì)變得更具侵襲性。有趣的是，研究人員指出，“最近有報(bào)道稱(chēng)，ID2通過(guò)影響癌細(xì)胞的侵襲和遷移，在肺癌中發(fā)揮腫瘤抑制作用。”
新的結(jié)果指出了幾種潛在的癌癥治療方法，包括下調(diào)GPR78的活性以抑制肺癌中的EGFR，或阻止GRP78與ID2結(jié)合。他們還評(píng)論說(shuō)，他們的研究結(jié)果表明，GRP78/BiP抑制劑可能提供一種抑制各種人類(lèi)肺癌細(xì)胞中EGFR的治療方法，而沒(méi)有針對(duì)特定突變的限制。
雖然目前的研究分析了肺癌細(xì)胞，但GRP78在包括胰腺癌、乳腺癌和結(jié)腸癌在內(nèi)的各種類(lèi)型的癌癥中起著類(lèi)似的作用。因此，GRP78也有可能與細(xì)胞核中對(duì)癌癥至關(guān)重要的其他蛋白質(zhì)結(jié)合，為癌癥生物學(xué)開(kāi)辟了一條新的研究方向。“此外，除了ID2之外，可能還有其他與核GRP78相互作用的伙伴，以及其他有待探索的機(jī)制，”他們指出。
GRP78可以進(jìn)入細(xì)胞核并發(fā)揮新功能的發(fā)現(xiàn)可能在整個(gè)細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的意義。Lee說(shuō)，這是可能的——甚至是可能的——通常存在于細(xì)胞某一部分的其他蛋白質(zhì)，在壓力或其他觸發(fā)下，可以遷移到細(xì)胞的另一部分，并以多種方式改變細(xì)胞的行為。“這是一個(gè)新概念，”她說(shuō)。“蛋白質(zhì)本身就是完成這項(xiàng)工作的士兵，但現(xiàn)在我們認(rèn)為這不僅僅是士兵的問(wèn)題，還包括士兵被部署在哪里。”
Lee和她的團(tuán)隊(duì)也在研究抑制GRP78表達(dá)或活性的藥物。他們正在進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，抑制GRP78的小分子，如YUM70，甚至可能能夠阻斷細(xì)胞核中GRP78的活性。
參考資料：
[1] ER chaperone GRP78/BiP translocates to the nucleus under stress and acts as a transcriptional regulator
