DevCell丨同濟王平組揭示腫瘤干細胞調控新機制

　　腫瘤干細胞是導致腫瘤產生耐藥性、潛伏及轉移的關鍵因素，因此靶向腫瘤干細胞是治療癌癥的有效策略。轉錄因子NANOG（源于 Tir Nan Og 凱爾特語，意即永恒青春之地【1,2】）對維持腫瘤細胞的干性至關重要，可作為多種癌癥惡性程度和預后不良的標志。因此，闡明NANOG的表達調控機制有助于找到靶向腫瘤干細胞的有效藥物靶點。NANOG是一個“短命蛋白”，半衰期很短，降解合成周轉迅速，蛋白穩定性是調控其在腫瘤細胞中蛋白量的關鍵因素。

　　NANOG富含絲氨酸和蘇氨酸，其多個位點可發生磷酸化修飾【3-5】，從而調節其蛋白穩定性【6】。在胚胎干細胞中NANOG的Ser52、Ser65、Ser71和Thr287可以發生磷酸化修飾，并促進其與蛋白異構酶Pin1的結合，阻礙NANOG的泛素化降解，增強NANOG的蛋白質穩定性【3】。另外有研究發現在胚胎干細胞中ERK1能夠磷酸化NANOG，招募FBXW8，促進NANOG的蛋白酶體降解【5】，2016年王平課題組發現在胚胎干細胞中去泛素化酶USP21可去泛素化并穩定NANOG的蛋白水平【7】，但是在腫瘤細胞中NANOG的泛素化調控機制尚不十分清楚。

　　同濟大學王平教授長期致力于研究泛素化修飾與腫瘤微環境調控。12月27日最新一期 Developmental Cell 雜志在線發表了王平教授團隊題為AMPK promotes SPOP-mediated NANOG degradation to regulate prostate cancer cell stemness 的研究論文，從蛋白質翻譯后修飾的角度闡明了腫瘤干細胞調控的新機制及其在腫瘤發生發展中的作用。

　　該工作發現干性因子NANOG可被Rbx1-Cul3-SPOP E3泛素連接酶復合體介導發生泛素化降解，進而抑制前列腺癌干細胞的自我更新和成瘤能力。SPOP是前列腺癌中發生突變頻率最高的基因之一，突變率為10%-15%，其MATH結構域是突變熱點，SPOP突變型的前列腺癌惡性程度更高，預后更差。進一步的實驗結果表明SPOP通過MATH結構域結合NANOG，SPOP發生突變后喪失對底物的結合能力，而導致癌蛋白底物的累積，前列腺癌中最常見的SPOP突變體（Y87N/C、F102C和F133V/L）都喪失了結合并泛素化降解NANOG的能力。

　　SPOP通過識別并特異性結合底物蛋白序列中的降解決定子基序，進而促進底物蛋白的降解，進一步研究發現NANOG的N端序列含有一個保守的SPOP降解決定子（SBC）66PDSST70，缺失該基序后NANOG喪失與SPOP結合的能力，半衰期明顯延長。另外，腫瘤相關的NANOG突變體S68Y與SPOP的結合能力明顯減弱，從而不能被SPOP介導發生泛素化降解，并顯著增強前列腺癌干細胞活性。

　　NANOG的SBC基序富含絲/蘇氨酸，是潛在的磷酸化位點，質譜數據表明在生理狀況下該基序可發生磷酸化修飾，NANOG-Ser68的磷酸化修飾可顯著增強其蛋白質穩定性。進一步的研究發現AMPK-BRAF信號通路可抑制NANOG-Ser68的磷酸化，并增強NANOG與SPOP的結合能力，從而下調NANOG的蛋白水平，AMPK激活劑Metfomin和AICAR可抑制NANOG-Ser68的磷酸化，促進NANOG的泛素化降解，從而抑制腫瘤干細胞的活性，為靶向腫瘤干細胞治療提供了潛在的靶點。

　　據悉，同濟大學王平教授、復旦大學附屬腫瘤醫院葉定偉教授和上海第十人民醫院葛欣副研究員為本文共同通訊作者。王平教授課題組王欣波、金佳麗和趙琳琳以及葉定偉教授課題組萬方寧為本文共同第一作者。

　　值得關注的是，該論文與哈佛大學魏文毅教授的研究工作 SPOP promotes Nanog destruction to suppress stem cell traits and prostate cancer progression以“背靠背”形式同期發表在 Developmental Cell 上。

參考文獻：

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