套路解读,热激引起的HIPPO通路改变

今天跟大家分享一篇2020年11月发表在的Nature子刊(IF=20.024分)的文章“Heat stress activates YAP/TAZ to induce the heat shock transcriptome”,通讯作者是管坤良教授。文章第一次阐述了热门的HIPPO通路和热激的关系

套路解读,热激引起的HIPPO通路改变

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研究背景
1、作者概况

管坤良教授首次发现双专一性蛋白磷酸脂酶(在细胞生长、细胞分裂、癌变过程中起重要作用)。曾获 “麦克阿瑟天才奖”。其实验室研究领域集中在三个特定领域:mTOR,Hippo通路和自噬。管教授在这个领域发表了多篇高影响力的文章。

2、HIPPO通路

Hippo信号通路又称“河马”通路,由一系列保守的激酶组成,与细胞生长有关。在哺乳动物中,该通路上游的膜蛋白受体感受胞外生长抑制信号,经过一系列激酶(如MST1/2, LATS1/2)磷酸化,使下游效应因子YAP和TAZ发生磷酸化。继而使YAP/TAZ滞留在胞质内,无法发挥转录共激活作用,从而达到调控器官大小和体积的目的。

3、肿瘤热灌注疗法

原理是利用物理热效应好的化疗药物,灌注到肿瘤部位,使肿瘤组织温度上升到有效治疗温度,并维持一定时间,利用正常组织和肿瘤细胞对温度耐受能力的差异,达到既能使肿瘤细胞凋亡,又不损伤正常组织的治疗目的。目前常见的由腹腔热灌注化疗(hyperthermic intraperitoneal chemotherapy,HIPEC),应用于治疗和预防胃癌、结直肠癌、腹膜假黏液瘤、腹膜间皮瘤、卵巢癌等恶性肿瘤的腹膜种植。

下面这篇文章就讲述了正常生理温度37℃与热激温度42℃下,HIPPO通路的改变以及肿瘤细胞的变化,下面让我们一起来看看这篇高分文章的思路。

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文章模式图

结果解构

1、作者尝试了许多可能控制HIPPO通路的新信号,发现在43℃热激条件下,YAP去磷酸化,滞留于细胞中。还发现LATS蛋白的还原比YAP的去磷酸化慢,提示LATS可能在热激后迅速失活。而热休克蛋白HSF是细胞在高温条件下产生的蛋白,在热应激反应中有重要作用。提示温度是HIPPO通路的一个重要的控制条件。

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图1 加热使YAP蛋白磷酸化水平降低

2、发现热激这一关键因素后,作者又顺理成章地对LATS1蛋白进行了探究。发现热激条件下,热激使LATS1快速去磷酸化,降解的速度比去磷酸化的速度慢。那么LATS蛋白降解去哪里了呢?于是下一步作者加入MG132(蛋白酶体抑制剂),还通过内源和外源LATS蛋白COIP实验证明了LATS蛋白主要通过泛素-蛋白酶体途径降解。

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图2 热激诱导LATS失活和降解

3、接着作者对LATS上游的激酶MST1/2及MAP4Ks进行了研究,分别对上游的激酶进行敲除,同时进行COIP实验,发现上游的这两个激酶并不参与热激调控信号。

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图3 热激诱导的YAP调节不依赖MST1/2和MAP4K

4、传统的上游激酶行不通,那么只有发掘其他的路,于是作者找到了热激相关的主要蛋白HSF-1, HSP70/90,对这两个蛋白进行敲除后,热激引起的YAP去磷酸化果然也随之消失,证明了这两个主要蛋白的热激调控作用。

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图4 HSP90敲除不利于热激诱导的LATS和YAP的去磷酸化

5、作者发现HSP起调控作用,接着就探究其作用机制。作者通过查阅文献发现PP5可以和HSPs结合,于是就对PP5进行了操纵:敲除PP5后的细胞,对热激的反应没有原来那么强,LATS去磷酸化也没那么明显,而且热激条件下,LATS1与PP5的相互作用明显增强。这一步实验说明PP5可能在热激引起的LATS去磷酸化中扮演“桥梁”的作用。

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图5 PP5与LATS1相互作用,通过热激参与LATS1的去磷酸化

6、机制方面已经找到LATS和PP5在热激中的作用,下一步就是功能上的探索。正常情况下HSP是在热激条件下细胞为了应对这种环境转录出来的保护性蛋白,作者在小鼠黑色素瘤细胞(B16-OVA)中敲除YAP/TAZ,发现在热激条件下细胞存活率下降(从80%到45%),提示YAP/TAZ的激活是细胞在应对热激环境时的抵御机制而且还发现YAP/TAZ下游的基因几乎都与应激时候的这种抵御机制相关。

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图6 YAP TAZ在热激中的保护作用

7、最后作者利用动物实验,为整套机制做了一个漂亮的结尾。在小鼠的皮下成瘤实验中发现,YAP/TAZ敲低组的小鼠成瘤率降低,肿瘤生长减慢,对于热激疗法的反应性更明显,揭示了靶向YAP/TAZ在肿瘤的热激疗法中的重要作用。

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图7 YAP/TAZ敲低使B16-OVA肿瘤对热疗更敏感

亮点总结

文章整体的思路较为清晰,图1-3发现现象,4-6研究机制,图7则是发掘临床意义。这篇高分文章,几乎都是用的经典WB方法,虽然没有高大上方法学加持,其探索的“热激”调控HIPPO通路的方式创新性强,而且确实有临床意义。在许多肿瘤中也应用到了热灌注疗法,加上HIPPO热门通路,故事讲起来很吸引人。

作者是研究这个领域的大牛,从里面我们能学到部分研究HIPPO通路的方法,比如找到上游的刺激条件,然后检测通路各个关键信号蛋白的表达。而这个通路的磷酸化修饰也影响了蛋白的活性,文中也有许多磷酸化的检测实验。不过为什么LATS蛋白对于热激的反应是滞后的作者也没有详细解释,其他肿瘤中有没有类似的现象呢?这些问题也值得我们思考。

版权声明:Robin 发表于 2022年3月8日 上午3:18。
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