NCB|結直腸癌中抑制細胞凋亡的新通路

　　蛋白質的合成水胞內和胞外兩方面信號調控。其中，在翻譯起始時，eIF4F對信使RNA的識別并形成三元復合體（ternary complex，簡稱TC）是其中至關重要的一步【1,2】。在壓力信號下，TC的成分之一，eIF2a發生磷酸化，并與eIF2B結合，從而抑制TC的形成【3-6】。直腸癌細胞（colorectal cancers，簡稱CRCs）中往往可以檢測到APC腫瘤抑制因子（APC tumour suppressor）的缺失或者突變【7】，從而導致MYC的上調【8】，而MYC是負責一系列參與翻譯和蛋白質合成的轉錄因子。TC和MYC同樣參與蛋白質合成，那么，這兩組信號之間是否存在關系呢？

　　2019年11月4日，來自德國維爾茨堡大學的Armin Wiegering和Martin Eilers研究組在Nature Cell Biology雜志上發表了長文A MYC–GCN2–eIF2α negative feedback loop limits protein synthesis to prevent MYC-dependent apoptosis in colorectal cancer，在APC缺失的結腸癌細胞中定義了MYC–GCN2–eIF2α這樣一條通路，即eIF2α磷酸化導致MYC下調，從而抑制蛋白質合成。

　　首先，作者采用SW480細胞系，構建了多西環素（doxycycline）所控制的APC缺失（APC-deficient，簡稱APCdef）和APC重建（APC-restored，簡稱APCres）細胞系。通過引入包含5000余種翻譯相關基因的shRNA庫篩選，作者發現，在APCdef細胞中敲除eIF2B5可以顯著增加細胞凋亡水平，而細胞中APCres這一現象并不十分明顯。這說明，在APC缺失細胞中，eIF2B5可以抑制細胞凋亡。

　　接下來，作者具體研究了eIF2B5所抑制的細胞凋亡模式。有報道指出，APC缺失可以顯著提高MYC的信使RNA水平【9】，而高水平的MYC可以誘導細胞凋亡【10】，所以，作者猜測，eIF2B5有可能導致MYC表達水平發生變化。作者采用蛋白免疫印跡的方法發現，在APCdef細胞中敲除eIF2B5，MYC蛋白質表達水平明顯升高，但是，信使RNA水平卻維持不變。免疫共沉淀實驗結果顯示，在APCdef細胞中，eIF2B5的缺失可以導致MYC進行大量翻譯。另外，在APCdef細胞中在敲除eIF2B5的同時，也敲除MYC，那么細胞凋亡久得到了顯著的抑制。這些結果說明，在APCdef細胞中，eIF2B5可以抑制MYC的翻譯，從而抑制細胞凋亡。

　　再下來，作者進一步研究在體內，上述現象是否同樣存在。作者構建了消化道表皮細胞特異敲除APC的小鼠（VillinCreERApcfl/fl），作者發現，同時eIF2B5異常的小鼠（VillinCreERApcfl/flEif2b5+/-）MYC表達水平和細胞凋亡水平都有所降低。

　　目前并沒有構建出以eIF2B5為靶點的小分子，所以作者以eIF2α的磷酸化為研究對象。eIF2α的激酶共有四個，分別是EIF2AK1，EIF2AK2（又名PKR），EIF2AK3和EIF2AK4（又名GCN2）【11】。通過比較APCdef和APCres細胞中這四個激酶的活化狀態，作者發現，在APCdef細胞中GCN2和PKR都有明顯的活化現象，而較之PKR，GCN2的活化水平更高。接下來，作者通過小分子抑制劑A-92（針對GCN2）和C16（PKR）來抑制激酶活性，發現，在APCdef細胞中，激酶活性抑制會導致細胞生長緩慢和細胞凋亡，并且，A92在有效抑制eIF2α磷酸化的同時，還提高細胞的蛋白質合成水平，并誘導MYC的表達，也就是說，A92與敲除eIF2B5的作用極為類似；當然，較之A92，C16作用效果一般。而APCres細胞中，抑制與否，細胞生長都影響不大。最后，作者采集了8個APC已經發生突變的病人細胞樣本，發現這些細胞對A92和C16作用都很敏感。綜合上述結果，作者認為，抑制GCN2和PKR，可以起到敲除eIF2B5的作用，即抑制APC突變細胞的生長。

　　這篇文章揭示在APC突變或者缺失的細胞中，eIF2B5缺失或者GCN2活性受到抑制，導致eIF2α磷酸化磷酸化水平降低，MYC水平隨之升高，從而影響細胞凋亡水平。這篇文章的亮點有二，一是邏輯結構，作者由細胞系入手，通過生物化學手段研究機制，接下來引入動物實驗和人類樣本，進一步論證提出機制的可信性，從深度和廣度兩方面研究問題。二是與結腸癌的聯系，因為結腸癌細胞往往APC缺失或者突變，作者由此為切入點，構建細胞和動物模型，頗為新穎；并且，作者還引入和小分子激酶抑制劑，并討論起作用效果，這為臨床藥物研發提供了新思路。

　　參考文獻

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　　2. Jackson, R. J., Hellen, C. U. & Pestova, T. V. The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 11, 113–127 (2010).

　　3. Pakos-Zebrucka, K. et al. The integrated stress response. EMBO Rep. 17,1374–1395 (2016).

　　4. Jennings, M. D., Kershaw, C. J., Adomavicius, T. & Pavitt, G. D. Fail-safe control of translation initiation by dissociation of eIF2α phosphorylated ternary complexes. eLife 6, e24542 (2017).

　　5. Kenner, L. R. et al. eIF2B-catalyzed nucleotide exchange and phosphoregulation by the integrated stress response. Science 364, 491–495 (2019).

　　6. Adomavicius, T. et al. The structural basis of translational control by eIF2 phosphorylation. Nat. Commun. 10, 2136 (2019).

　　7. Cancer Genome Atlas Network. Comprehensive molecular characterization of human colon and rectal cancer. Nature 487, 330–337 (2012).

　　8. van de Wetering, M. et al. The beta-catenin/TCF-4 complex imposes a crypt progenitor phenotype on colorectal cancer cells. Cell 111, 241–250 (2002).

　　9. Sansom, O. J. et al. Myc deletion rescues Apc deficiency in the small intestine. Nature 446, 676–679 (2007).

　　10. Murphy, D. J. et al. Distinct thresholds govern Myc’s biological output in vivo. Cancer Cell 14, 447–457 (2008).

　　11. Faller, W. J. et al. mTORC1-mediated translational elongation limits intestinal tumour initiation and growth. Nature 517, 497–500 (2015).