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| Nature | KRAS可直接調(diào)控己糖激酶影響腫瘤代謝 | ||||||||||||||||||||||
| [ 來(lái)源：轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò) 發(fā)布日期：2019-12-13 20:34:37 責(zé)任編輯： 瀏覽次 ] | ||||||||||||||||||||||
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KRAS是癌基因中突變率最高的基因，它通過(guò)第四個(gè)外顯子的可變剪切能夠合成兩種蛋白變體，分別為KRAS4A和KRAS4B。這兩種蛋白質(zhì)的差異僅僅在于它們羧基端靶向細(xì)胞膜的區(qū)域不同。 KRAS 基因的突變往往發(fā)生在其第二個(gè)和第三個(gè)外顯子上，因此， KRAS 基因的突變，往往會(huì)產(chǎn)生兩種組成性激活的KRAS蛋白，它們都能使細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化 。目前，KRAS兩種變體蛋白之間的功能差異還未研究清楚。 癌基因KRAS能夠通過(guò)多種方式改變腫瘤細(xì)胞的代謝進(jìn)程，包括增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的葡萄糖攝取和糖酵解過(guò)程，即使腫瘤組織中含有大量的氧氣（瓦博格效應(yīng)）。研究顯示，KRAS基因?qū)δ[瘤代謝的影響能通過(guò)轉(zhuǎn)錄調(diào)控葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白以及糖酵解酶系來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是，KRAS是否直接調(diào)控代謝相關(guān)酶系仍舊未知。 2019年12月12日，來(lái)自紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院 Mark R. Philips課題組在 Nature雜志上在線發(fā)表了文章 KRAS4A directly regulates hexokinase 1，發(fā)現(xiàn)KRAS4A能直接與己糖激酶1（hexokinase 1, HK1）結(jié)合，兩個(gè)蛋白能共同定位于線粒體外膜上，對(duì)腫瘤細(xì)胞的糖代謝起到了重要的作用。
研究人員首先利用親和純化與質(zhì)譜聯(lián)用的方法鑒定出了NRAS的相互結(jié)合蛋白HK1、VDAC（voltage-dependent anion channel）以及ADP/ATP轉(zhuǎn)位酶1。之后，通過(guò)免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)HK1確實(shí)能夠和RAS蛋白結(jié)合，RAS蛋白不同變體和HK1之間的親和性為KRAS4A > NRAS ≫ HRAS > KRAS4B。HK2（hexokinase 2）與HK1蛋白之間擁有73%的序列相似性，兩者在結(jié)構(gòu)上也非常相似，但免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)顯示，HK2僅僅能與KRAS4A結(jié)合。 翻譯后修飾對(duì)于RAS蛋白在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)非常重要，而 對(duì)于KRAS4A來(lái)說(shuō)，其180位半胱氨酸的棕櫚酰化以及186位半胱氨酸的異戊烯化對(duì)于KRAS4A的定位非常關(guān)鍵。研究顯示，點(diǎn)突變C180S抑制了其棕櫚�；�，反而增強(qiáng)了KRAS4A和HK1以及HK2的結(jié)合；而 點(diǎn)突變C186S抑制了其異戊烯化后，則降低了KRAS4A和細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)以及HK1和HK2之間的結(jié)合。 研究人員通過(guò)C180S點(diǎn)突變質(zhì)粒進(jìn)一步研究了KRAS4A和HK1之間的相互作用，結(jié)果表明它們能夠共同定位在線粒體外膜上。HK1蛋白上76-206段蛋白序列是與KRAS4A相互作用的關(guān)鍵位置，而KRAS4A上的膜定位序列是其與HK1結(jié)合的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域。 接下來(lái)，研究人員探究了HK1和HK2的激酶活性是否受到KRAS4A的影響。HK1的C端能夠磷酸化葡萄糖，而其N端則提供了一種反饋抑制模式。與之不同的是，HK2則是包含有兩個(gè)激酶活性結(jié)構(gòu)域。研究表明 ，KRAS4A能夠抑制HK1的變構(gòu)調(diào)節(jié)效應(yīng)，這是通過(guò)兩個(gè)蛋白之間的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 最后，研究人員研究了KRAS4A對(duì)細(xì)胞代謝作用的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，KRAS4A和KRAS4B都能增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取速率，不同的是，KRAS4A的效果時(shí)KRAS4B的兩倍。同時(shí)，KRAS4A對(duì)細(xì)胞攝取葡萄糖的促進(jìn)作用是通過(guò)HK1而不是HK2來(lái)實(shí)現(xiàn)的。另外，KRAS4A和KRAS4B在誘導(dǎo)下游MEK, ERK以及AKT等蛋白的磷酸化作用上是等效的，KRAS蛋白也不會(huì)增強(qiáng)HK1或者HK2的蛋白水平，這表明KRAS4A增強(qiáng)細(xì)胞的葡萄糖代謝不是通過(guò)MAPK和PI3K信號(hào)通路或者轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
總之，本研究表明，KRAS4A蛋白能夠和HK1共同定位于線粒體的外膜上，KRAS4A的兩種翻譯后修飾方式影響了它們之間的結(jié)合，而KRAS4A則通過(guò)對(duì)HK1別構(gòu)反饋調(diào)節(jié)模式的抑制作用進(jìn)而影響了細(xì)胞的葡萄糖代謝。 | ||||||||||||||||||||||
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