責(zé)編丨迦溆
PTEN (gene of phosphates and tensin homologue deleted on chromosome ten)是腫瘤抑制基因，其編碼的具有磷酸酯酶活性的蛋白，是機(jī)體維持正常生理功能所必須的因子。作為腫瘤抑制基因，PTEN對受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase, RTK)/磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K )/蛋白激酶B(Akt)信號通路的調(diào)節(jié)起著關(guān)鍵作用。在體內(nèi)，PTEN可通過拮抗酪氨酸激酶等磷酸化酶的活性，從而引發(fā)級聯(lián)反應(yīng)，影響細(xì)胞增殖、代謝，進(jìn)而抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展【1】。
癌癥和腫瘤基因圖譜（Cancer Genome Atlas, TCGA）結(jié)果表明，PTEN與成膠質(zhì)細(xì)胞瘤之間存在很高的相關(guān)性。在成膠質(zhì)細(xì)胞瘤（glioblastoma multiforme, GBM）的治療中，由于PTEN的缺失或突變而造成的AKT信號通路異?；罨沟眉?xì)胞對酪氨酸激酶抑制劑產(chǎn)生耐藥性，影響治療效果。在細(xì)胞質(zhì)中PTEN往往作為脂質(zhì)磷酸酶參與調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和存活發(fā)揮的作用，而在細(xì)胞核內(nèi)，PTEN則在調(diào)控基因組穩(wěn)定性、細(xì)胞周期進(jìn)程，以及染色質(zhì)重塑等方面扮演著重要的角色（下圖）【1】。
成膠質(zhì)細(xì)胞瘤是成人中發(fā)生率最高的顱內(nèi)腫瘤，具有極高的侵襲性及神經(jīng)破壞性。腦局部放射治療（ionizing radiation，IR）是目前較為有效的治療方法之一。IR消滅癌細(xì)胞的原理，主要是通過高劑量的輻射造成細(xì)胞內(nèi)大量的DNA斷裂，過度的DNA損傷累積超出了細(xì)胞自身的修復(fù)能力范圍，從而導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡。但是腫瘤細(xì)胞抗輻射性的存在使得放療效果收效微弱，而其潛在的機(jī)制尚不明確【2】。
近幾年研究表明，PTEN發(fā)生的翻譯后修飾例如SUMO化，磷酸化，泛素化等等也會(huì)對PTEN的功能造成影響。2012年，加州大學(xué)圣地亞哥分校Frank B. Furnari組就在PNAS上報(bào)道了經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的藥物治療輔以放療的成膠質(zhì)細(xì)胞瘤病人樣品中，普遍存在著PTEN 第240位酪氨酸的磷酸化修飾(pY240-PTEN)，并且這種修飾與病人較短的生存時(shí)間存在著密不可分的聯(lián)系【3】。
那么pY240-PTEN是否會(huì)對細(xì)胞DNA損傷應(yīng)答修復(fù)產(chǎn)生影響從而造成癌細(xì)胞對治療產(chǎn)生耐受作用呢？
近日，Frank B. Furnari組延續(xù)先前的工作，在Cancer Cell上在線發(fā)表了題為Inhibition of Nuclear PTEN Tyrosine Phosphorylation Enhances Glioma Radiation Sensitivity through Attenuated DNA repair的研究論文，闡述了FGFR2可通過調(diào)節(jié)PTEN第240位酪氨酸磷酸化，促進(jìn)pY240-PTEN與Ki-67在染色質(zhì)上的結(jié)合從而招募重組酶RAD51促進(jìn)成膠質(zhì)細(xì)胞瘤細(xì)胞的DNA損傷修復(fù)，使癌細(xì)胞可以更好的應(yīng)對放射治療。
在本文中，研究人員首先分析了19例臨床成膠質(zhì)細(xì)胞瘤樣本，發(fā)現(xiàn)pY240-PTEN含量較高的樣本其DNA損傷修復(fù)進(jìn)程與含量低的樣本相比更快（以DNA損傷修復(fù)起始信號pH2AX作為指征），表明pY240-PTEN可能影響了DNA修復(fù)?；诖耍芯咳藛T體外構(gòu)建野生型WT-PTEN和第240位酪氨酸點(diǎn)突變?yōu)楸奖彼岫鵁o法被磷酸化的Y240F-PTEN蛋白進(jìn)行激酶反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)Y240-PTEN可直接被激酶FGFR2磷酸化。為進(jìn)一步證明pY240-PTEN能夠促進(jìn)DNA修復(fù)，研究人員通過比較穩(wěn)轉(zhuǎn)了WT-PTEN和突變Y240F-PTEN的U87（PTEN null）成膠質(zhì)細(xì)胞瘤細(xì)胞在IR處理后DNA雙鏈斷裂情況，發(fā)現(xiàn)WT-PTEN細(xì)胞DNA損傷程度較低。
DNA雙鏈斷裂對機(jī)體來說是最為致命的損傷。為了應(yīng)對這種損傷，機(jī)體演化出了兩種主要的雙鏈斷裂修復(fù)途徑，一種是低保真的非同源末端連接修復(fù)（non-homologous end -joining, NHEJ），一種是高保真的同源重組修復(fù)(homologous recombination, HR)。通常，細(xì)胞主要選擇HR對雙鏈斷裂進(jìn)行修復(fù)，在這過程中重組酶RAD51能否正常被招募至損傷位點(diǎn)，是HR修復(fù)成功的關(guān)鍵之一。研究人員通過免疫熒光染色及報(bào)告系統(tǒng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)定表達(dá)Y240F-PTEN的細(xì)胞內(nèi)存在著較WT-PTEN細(xì)胞更為有效的HR修復(fù)。
上述結(jié)果表明FGFR2通過磷酸化Y240-PTEN促進(jìn)RAD51的招募從而增強(qiáng)DNA修復(fù)效率使細(xì)胞免于損傷帶來的危害。另外，研究人員對來源于病人樣本的成膠質(zhì)細(xì)胞瘤干細(xì)胞的分析也表明了FGFR2調(diào)節(jié)的Y240-PTEN磷酸化對細(xì)胞在IR處理后存活至關(guān)重要。
緊接著，研究人員發(fā)現(xiàn)盡管PTEN在核質(zhì)中均有分布，但主要是細(xì)胞核內(nèi)分布的PTEN發(fā)生了Y240磷酸化。染色質(zhì)結(jié)合蛋白分離實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)WT-PTEN能夠結(jié)合染色質(zhì)并且IR處理能增強(qiáng)這種結(jié)合，同時(shí)也伴隨著pY240和RAD51水平的上調(diào)。檢測IR處理6h后H3K9me3（染色質(zhì)凝集標(biāo)志）水平發(fā)現(xiàn)在WT-PTEN細(xì)胞內(nèi)其水平降低，亦說明PTEN結(jié)合染色質(zhì)可以促進(jìn)其松弛，以保證DNA修復(fù)蛋白能夠進(jìn)入損傷處。與此同時(shí)，研究人員在U87細(xì)胞中分別轉(zhuǎn)入了磷酸酶功能缺失的G129R-PTEN和C124S-PTEN突變體，驗(yàn)證了pY240-PTEN在DNA修復(fù)中的作用依賴于自身的磷酸酶活性。
PTEN缺少DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，那么是什么因子在PTEN與染色質(zhì)結(jié)合之間起到聯(lián)系橋梁的作用呢？通過質(zhì)譜分析以及體外驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，研究人員確定了Ki-67（細(xì)胞增殖標(biāo)志蛋白）為PTEN結(jié)合染色質(zhì)的聯(lián)系蛋白，并且pY240-PTEN是通過結(jié)合Ki-67上的PP1-BD（protein phosphatase 1-binding domain）結(jié)構(gòu)域從而被招募至染色質(zhì)上發(fā)揮作用。
更進(jìn)一步的研究表明，原位移植EGFRvIII/Y240F-PTEN星形膠質(zhì)瘤細(xì)胞的Y240F knock-in小鼠較移植了EGFRvIII/WT-PTEN星形膠質(zhì)瘤細(xì)胞的小鼠而言小鼠存活時(shí)間延長，成瘤能力下降。采用FGFR抑制劑對移植了成膠質(zhì)細(xì)胞瘤細(xì)胞的小鼠進(jìn)行處理，在這之后結(jié)合IR處理，腫瘤細(xì)胞生長明顯受到了抑制。這些結(jié)果也為臨床研究中利用FGFR抑制劑對GBM患者有針對性的結(jié)合放射治療提供了有效的理論支持。
總而言之，上述工作闡明了成膠質(zhì)細(xì)胞瘤中pY240-PTEN的存在是腫瘤細(xì)胞以產(chǎn)生DNA損傷為目的的治療方式存在耐受性的原因。通過阻斷Y240-PTEN的磷酸化或許能夠提高腫瘤細(xì)胞對放射治療的敏感性從而為疾病治療帶來新的福音。
原文鏈接：
https://www.cell.com/cancer-cell/pdfExtended/S1535-6108(19)30054-6
制版人：子陽
參考文獻(xiàn)
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2. Bao, S., Wu, Q., McLendon, R.E., Hao, Y., Shi, Q., Hjelmeland, A.B., Dewhirst, M.W., Bigner, D.D., and Rich, J.N. (2006). Glioma stem cells promote radioresistance by preferential activation of the DNA damage response. Nature 444, 756–760.
3. Fenton, T.R., Nathanson, D., Ponte de Albuquerque, C., Kuga, D., Iwanami, A., Dang, J., Yang, H., Tanaka, K., Oba-Shinjo, S.M., Uno, M., et al. (2012). Resistance to EGF receptor inhibitors in glioblastoma mediated by phosphorylation of the PTEN tumor suppressor at tyrosine 240. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 109, 14164–14169.
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