許傑組報道一種多肽調控兩種翻譯後修飾——陳勇彬、陳磊點評

責編 | 迦 漵

蛋白質的翻譯後修飾可能對蛋白質的表達和功能產生影響，同是也重要的藥物靶標。現有的方法通常只調控單一類型的翻譯後修飾，而日前發表在Cell Chemical Biology的論文報道了一種同時調控兩種翻譯後修飾的多肽。論文題為A designed peptide targets two types of modifications of p53 with anticancer activity，通訊作者是上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院/上海市消化疾病研究所的許傑研究員。

該研究報道的靶向多肽能夠阻斷p53抑癌蛋白的泛素化修飾並促進其乙醯化修飾，具有抑制腫瘤生長的作用，並可能具有更低的副作用。這種多肽來自Morn3/Mornlit蛋白的羧基末端片段，Morn3是一種新的腫瘤睾丸抗原（CTA）。許傑團隊發現，Morn3是一種特殊的支架（scaffold）蛋白，可同時促進MDM2和SIRT1對p53的雙重修飾，其分子作用方式類似軛狀支架（yoke）。

抑癌蛋白p53可能發生乙醯化、泛素化、磷酸化等修飾，但過去基於激活p53策略的抗癌方法只針對其中一種翻譯後修飾，例如泛素化。抑制MDM2的小分子Nutlin、MI773等已經在一些臨床試驗中被用於治療腫瘤。然而從已發表的臨床試驗研究結果提示，MDM2抑製劑的前景並不樂觀，主要存在以下兩方面的挑戰：

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首先，MDM2抑製劑即使在攜帶野生型p53的腫瘤中也缺少療效，在一項治療深部脂肪細胞瘤的實驗中20例患者僅有一例產生腫瘤縮小。這可能與其靶向單一的修飾類型有關。阻斷p53的泛素化修飾雖然能夠提高其蛋白質的表達水平，但p53必須經過乙醯化修飾才能發揮抑癌活性【1,2】。 由於p53蛋白質的摺疊結構不太穩定，在細胞中過度提高其濃度可能造成蛋白質凝集並失去功能【3】。因此，適當提高具有活性的p53表達似乎是一種更為合理的策略。

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此外，MDM2抑製劑在臨床試驗中引起了比較嚴重的副反應【4】，這是由於MDM2在正常組織中具有不可或缺的生理作用，即防止p53的過度激活引起的凋亡。小鼠的MDM2基因敲除後不能存活，在其胃腸道等組織中發現了嚴重的幹細胞凋亡。令人深思的是，MDM2抑製劑在臨床試驗中同樣引起了嚴重的胃腸道副作用，使絕大部分志願者中途退出了試驗【5】。

實際上，MDM2單獨並不足以充分地修飾p53，而過去的研究發現了一些條件下MDM2發揮作用所需的支架蛋白，例如Twist1【6】, YY1【7】和gankyrin【8】等。在腫瘤發生過程中，這些支架蛋白的過度激活可能造成了p53的失活。在此情況下，靶向支架蛋白可能避免MDM2廣泛抑制所造成的副反應。文章從三個層面進行了深度的研究：

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首先從靶標發現方法角度，介紹了用於發現抑癌基因調控因子的ExactReg演算法，結合TCGA結直腸癌基因組數據分析，識別出Morn3與P53基因狀態之間顯著的關聯。Morn3是MORN蛋白質家族的成員，正常表達僅局限於精子細胞，但具體功能並不清楚。作者發現，一部分結腸癌組織中高度表達Morn3，而這些細胞中p53的表達水平和乙醯化水平都顯著降低。

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在第二層面的機制研究中，作者通過一系列生化實驗揭示了Morn3對p53調控的具體機制，即通過與p53結合，進一步招募MDM2和SIRT1，形成蛋白質抑制複合體「suppresome」，在結直腸癌細胞中形成對p53顯著抑制作用。

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最後在靶向分子設計層面，識別了Morn3和p53相結合的具體位點即位於羧基末端的序列片段。以此序列為基礎構建靶向分子，競爭抑制Morn3的結合，從而阻斷MORN3-MDM2-SIRT1蛋白質複合體對p53的抑制作用，誘導癌細胞的凋亡。最後，作者通過細胞和動物模型驗證了該新型多肽的活性，證明融合了細胞穿透序列的靶向多肽能夠抑制P53的泛素化修飾並促進其乙醯化修飾，在癌細胞中升高了具有活性的p53蛋白質的水平。同時由於Morn3的生理功能僅限於精子細胞，靶向Morn3對於腫瘤患者預期並不會造成廣泛的副反應，在理論上是一種優於MDM2的新型靶標。

作者簡介

許傑研究員博士畢業於布魯塞爾自由大學（導師Frederic Rousseau），在比利時魯汶大學完成博士後研究，期間發現p53突變體蛋白質的凝集現象（Nat Chem Biol, 2011）【3】，成為Eisenberg實驗室開發的ReAcP53靶向多肽的基礎（Cancer Cell, 2016）【9】。歸國後，許傑課題組發現p53凝集突變體R282W誘導ERP29表達從而導致結直腸癌對化療葯抵抗（Oncogene,2017）【10】；發現突變體p53通過激活GAPLINC發揮促癌效應的機制（Cancer Res, 2014）【11】。在野生型p53的失活機制方面，發現了結直腸癌中調控p53乙醯化修飾的支架蛋白ArhGAP30 （Nat commun2014）【12】。近期的研究還涉及結直腸癌中免疫相關蛋白PD-L1、PD-L2的調控，其課題組發現PD-L2的糖基化修飾以及在結直腸癌中的靶向價值（OncoImmunology,2017）【13】。許傑在2013年入選國家自然科學基金優青，2015年入選中組部青年拔尖人才計劃，2016年作為負責人承擔國家重點研發計劃結直腸癌精準醫學研究項目子課題。兼任BMC Cancer副主編、Journal of Digestive Disease和Gastrointestinal Tumors期刊的編委。

專家點評

陳磊（國家肝癌科學中心）

Comments：作為被發現的比較早的癌相關蛋白，p53腫瘤抑制因子經過多年的研究已經建立了相對比較完整的理論模型，而且該通路發現的一些規律也為其它通路研究提供了借鑒。已知p53蛋白可在多個位點發生磷酸化、乙醯化、泛素化等修飾並調節其生物學功能，因此針對p53翻譯後修飾的干預方法也作為潛在的抗腫瘤治療策略而受到廣泛關注。遺憾的是，p53領域堆積如山的文獻（PUBMED記錄達9萬篇）仍然沒有轉化為臨床治療的方法，這也使得p53信號轉導途徑的研究面臨實用性的挑戰。

許傑及其研究團隊似乎為我們對此問題的認識帶來一些新的視角。對於已有的p53激活小分子來說，主要困難並不在於提高p53的表達水平（實際上MDM2抑製劑都能誘導p53水平上調）。近年研究發現乙醯化修飾對p53蛋白功能至關重要，所以單純使用MDM2抑製劑抑癌效果並不理想。基於此，同時抑制p53泛素化修飾並增加其乙醯化修飾，有效提高具有功能活性的p53蛋白水平，似乎是一種更為有效的干預策略。

然而如何根據需要實現同時調控兩種翻譯後修飾？研究者們發現作為一種比較特殊的橋接蛋白，Morn3能夠把泛素連接酶和去乙醯化酶都招募到p53周圍，實現去活化和降解的雙重作用。相應地，阻斷Morn3就可同時抑制泛素化並促進P53乙醯化。基於上述創新發現，作者通過一系列分子生物學實驗，識別了Morn3和p53結合的短肽基序，並以此設計了阻斷Morn3的多肽（Morncide）。鏈接了穿膜序列Morncide的多肽能夠進入細胞阻斷Morn3與P53的結合，通過激活p53達到抑制腫瘤細胞生長的作用。

該系統性研究工作從靶點發現開始、通過表型分析、機制解析再到干預分子的設計開發和功能驗證，為相關基礎和轉化研究提供了全新思路和成功範例。值得期待的是，該研究原創設計鑒定的Morncide多肽已經申請了發明專利，後續有望能在Morncide的基礎上進一步優化開發出小分子，進一步促進臨床轉化應用。

陳勇彬（中科院昆明動物研究所）

Comments：蛋白質的翻譯後修飾過程可能影響蛋白質的功能、轉運和降解，而針對癌相關蛋白的翻譯後修飾也發展出了一些潛在的抗癌策略，例如p53泛素連接酶MDM2的小分子抑製劑。但是和其它許多抗癌方法一樣，針對翻譯後修飾的調控在抑制癌細胞的同時，也可能對正常細胞造成毒性。因此，人們希望能找到特異性地在癌細胞中發生顯著變化的翻譯後修飾及其調控因子進行干預。

癌-睾丸抗原即Cancer-testis Antigen（CTA）是一種潛在的癌症靶標，對其深入研究可能提高抗癌的效果和特異性。第一個CTA是1991年在黑色素腫瘤患者體內發現的，被命名為MAGE-A1。CTA具有加速腫瘤形成，抵抗腫瘤細胞凋亡，及促進腫瘤細胞增值轉移等生物學功能。CTA作為一腫瘤標記物，可用於腫瘤的診斷及轉移監測。

許傑課題組的研究提示MORN3是一種新的CTA，其正常情況下其只在精子細胞中表達，而在病理狀態下表達於腫瘤中。雖然過去對MORN3的功能缺乏認識，但該研究提示MORN3對p53的抑制可能和精子生成過程中快速的細胞分裂有關。值得注意的是，MORN3可能同時影響p53的泛素化修飾和乙醯化修飾，這種促增殖特性可能被癌細胞「借用」，從而逃避p53引起的凋亡。

MORN3作為CTA在正常體細胞中並不表達而僅表達在精子細胞中，因此在理論上抑制MORN3對於女性腫瘤患者或高齡的男性患者可能並不會引起廣泛的副作用。這體現出與已有的MDM2抑製劑不同的特點，因為後者被發現可在胃腸道和胸腺組織中引起過度的細胞凋亡。Morncide多肽的開發提示了Morn3作為腫瘤治療靶點的潛在優勢，值得進一步開展更為深入的機制和應用研究。

參考文獻

1.Wang, D., et al., Acetylation-regulated interaction between p53 and SET reveals a widespread regulatory mode. Nature, 2016. 538(7623): p. 118-122.

2.Tang, Y., et al., Acetylation is indispensable for p53 activation. Cell, 2008. 133(4): p. 612-26.

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4.Ravandi, F., et al., A phase I trial of the human double minute 2 inhibitor (MK-8242) in patients with refractory/recurrent acute myelogenous leukemia (AML). Leuk Res, 2016. 48: p. 92-100.

5.de Jonge, M., et al., A phase I study of SAR405838, a novel human double minute 2 (HDM2) antagonist, in patients with solid tumours. Eur J Cancer, 2017. 76: p. 144-151.

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7.Sui, G., et al., Yin Yang 1 is a negative regulator of p53. Cell, 2004. 117(7): p. 859-72.

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9.Soragni, A., et al., A Designed Inhibitor of p53 Aggregation Rescues p53 Tumor Suppression in Ovarian Carcinomas. Cancer Cell, 2016. 29(1): p. 90-103.

10.Zhang, Y., et al., Proteomic identification of ERP29 as a key chemoresistant factor activated by the aggregating p53 mutant Arg282Trp. Oncogene, 2017. 36(39): p. 5473-5483.

11.Hu, Y., et al., Long noncoding RNA GAPLINC regulates CD44-dependent cell invasiveness and associates with poor prognosis of gastric cancer. Cancer Res, 2014. 74(23): p. 6890-902.

12.Wang, J., et al., ArhGAP30 promotes p53 acetylation and function in colorectal cancer. Nat Commun, 2014. 5: p. 4735.

13.Wang, H., et al., PD-L2 expression in colorectal cancer: Independent prognostic effect and targetability by deglycosylation. Oncoimmunology, 2017. 6(7): p. e1327494.

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