[00115330]赖氨酸翻译后修饰及对蛋白质功能的调控作用

1、课题来源与背景 长期以来,酪氨酸磷酸化介导的分子开关效应被认为是解释细胞信号转导如何发生的最重要机制。酪氨酸磷酸化曾经几乎就是信号转导的代名词。然而,我们团队成员在世界上率先报道了基于赖氨酸乙酰化的膜蛋白受体激活,提出了赖氨酸乙酰化调控信号转导的理论。在国家973计划项目支持下,我们开展 “赖氨酸翻译后修饰及对蛋白质功能的调控作用”研究。 2、研究目的及内容 本项目以肿瘤发生发展过程中几个重要生长因子、细胞因子/趋化因子的信号通路为主线来展开,阐明乙酰化、泛素化、SUMO化等赖氨酸修饰在其信号通路中的动态变化及规律,并探讨基于对这些修饰的认识在肿瘤临床实践中应用的可能性。我们的研究内容是： ① 肿瘤发生发展过程中膜蛋白的赖氨酸修饰信号调控网络; ② 肿瘤发生发展过程中细胞核蛋白的赖氨酸修饰信号调控网络; ③ 基于蛋白质赖氨酸修饰的肿瘤标志物鉴定与检测方法; ④ 基于赖氨酸修饰相关的肿瘤治疗靶标鉴定及先导化合物筛选。 3、创见与创新 1) 细胞内存在第三大类去乙酰化酶-赖氨酸氧化酶。我们证实了细胞里除了HDAC和SIRT之外,赖氨酸氧化酶（LOX）是第三大类去乙酰化和去氨乙酰化双功能酶。这类酶的缺失和新器官肿瘤发生密切相关（Ma et al.,Mol Cell, 2017 Jan） 2) 发现除了组蛋白和转录因子的乙酰化修饰以外,膜蛋白的乙酰化修饰介导的寡聚化在信号传导中扮演重要角色。LIFR乙酰化的促STAT3激活维持胚胎干细胞自我更新生长Cell Reports（Wang et al 2017）。 3) 发现Stat3的多种赖氨酸修饰调控其在特定信号通路中的活化。LOXL3介导的去乙酰化修饰打破Stat3的二聚化,抑制其转录活性,也限制细胞增殖（Mol Cell,Ma et al., 2017）; SENP3水平与Stat3的T705磷酸化的相关性（Oncogene,Zhou et al., 2016） 4) 发现不同类型的赖氨酸修饰的“交谈”（cross-talk）和相互调控。我们发现去乙酰化酶家族Sirt多个成员能够发生SUMO化修饰。SUMO化修饰通过调控Sirt6去除H3K56乙酰化活性影响组蛋白乙酰化,也影响了相关的Sirt6肿瘤抑制功能（Cai et al., Oncogene 2015）。 5) 发现赖氨酸泛素化E3酶调控一系列肿瘤相关蛋白质从而促进肿瘤发生发展。CRL4B通过单泛素化组蛋白H2AK119进而招募和稳定转录抑制复合物PRC2而抑制包括p16、PTEN等在内的一组抑癌基因转录,进而促进食管癌发生发展（Cancer Cell, Hu et al., 2012）。发现CRL4B通过协同SUV39H1/HP1/DNMT3A复合物发挥作用,通过改变DNA甲基化水平进而抑制多种抑癌基因基因表达,在宫颈癌发生发展中发挥重要作用（Oncogene,Yang et al., 2015）;通过激活Wnt／beta-catenin通路而在肝癌发生中发挥重要作用,其激活该通路的机制是通过抑制通路的拮抗因子转录而实现的（J. Pathology, Yuan et al., 2015）;通过协同Sin3a/HDAC复合物而转录抑制抑癌基因p21而促进细胞增殖（J. Cell Science, Ji et al.,2014）。CRL4B还通过调控AKT/beta-catenin通路而限制髓源抑制细胞（MDSC）积累而在肿瘤微环境调控中发挥重要作用（Cancer Res,Qian et al., 2015）。 6) 发现识别赖氨酸翻译后修饰蛋白的新技术：基于DNA自组装和亲和光交联的二元探针,发展了组蛋白修饰识别蛋白分析新方法;发明一种高通量检测蛋白组稳态变化的技术ProTA（Protein turnover assay）。 4、社会效益 1) 基于DNA自组装和亲和光交联的二元探针技术,这一方法既能保障组蛋白修饰与结合蛋白特异性识别和作用,也能将识别蛋白共价键合到探针上,可以提高富集效果。这一工作显著提高了蛋白乙酰化的鉴定水平,拓展了蛋白乙酰化的数量,揭示了乙酰化的分布规律和特征,为相关的生物医学研究提供了数据,受到广泛关注,论文发表于Angew Chem Int Edit （Bai, X. 2016）（被引用89次）。 2) HECTD3泛素连接酶在大量临床乳腺癌的表达和良好预后相关,研究人员发现E3泛素连接酶HECTD3高表达在乳腺癌,在320例临床样本中,阳性率74%。在另外一个独立的227例乳腺癌队列样本中,阳性率75%。但是HECTD3高表达病人的预后较好,与肿瘤级别、大小以及病人存活呈现负相关。因此HECTD3表达可以有望作为乳腺癌诊断和预后标志物。 3) 我们应用酵母双杂交系统对UBE3A底物进行了系统性的筛选,首次发现UBE3A能够结合视黄醛脱氢酶ALDH1A家族蛋白（ALDH1A1, 2, 3蛋白）,并通过非蛋白酶体降解的形式对其进行泛素化修饰和调控。维甲酸RA作为维生素A（视黄醇,retinol）的活性代谢产物,对于包括人在内的高等动物的生长发育过程和成年后的神经系统内稳态突触可塑性功能中都至关重要。视黄酸合成途径异常是部分家族性自闭症谱系障碍的标志和潜在干预靶点。