厦门大学等《Cell Reports》发表肿瘤形成新成果

　　

生物通报道：近日，知名期刊《Clinical Cancer Research》刊登了厦门大学和美国匹茨堡大学的最新研究论文“Impeded Nedd4-1-Mediated Ras Degradation Underlies Ras-Driven Tumorigenesis”。该研究指出， Nedd4-1介导的Ras降解受阻，可引起Ras驱动的肿瘤发生。

本文通讯作者分别是厦门大学生命科学学院细胞生物学创新中心的王洪睿教授，和厦门大学附属中山医院的尹震宇教授。王洪睿教授本科毕业于清华大学，中科院生物物理所获得博士学位，曾在美国加州理工大学、加拿大多伦多西奈山医院研究所从事博士后工作，2008年至今为厦门大学985平台特聘教授，曾经在Scienc、Nat Cell Biol、Cell、JBC和Oncogene等国际知名期刊发表论文。尹震宇教授本硕博均毕业于南京大学医学院，曾在美国匹茨堡大学做高级访问学者，并在全美顶级医学中心——克里夫兰临床医学中心从事博士后研究，2007年以留学归国学者及厦门市重点引进人才的身份受聘厦门大学附属中山医院肝胆外科主任，同时受聘为厦门大学研究生导师。这项研究工作受到中国科技部、国家自然科学基金、中部大学基础研究基金和国家自然科学基金基础研究人才培养基金等项目的资助支持。

Ras蛋白（K-Ras、H-Ras和N-Ras）是小的鸟苷三磷酸酶（GTP酶），是调控各种细胞过程的关键分子开关，特别是控制细胞的增殖、分化、转换和存活。它们的活性是由活化的鸟苷三磷酸（GTP）结合状态和失活的鸟苷二磷酸（GDP）结合状态之间的循环所控制。作为一个信号中心，Ras蛋白是由鸟苷酸交换因子（GEFs）激活，响应来自各种生长因子（如表皮生长因子，EGF）与其酪氨酸蛋白激酶受体结合所产生的上游信号，触发不同的下游信号级联。通过其GTP酶激活蛋白（GAPs），Ras蛋白活化的GTP结合形式被转换到GDP结合形式。

Ras突变——主要发生在G12、G13和Q61，由于GTP到GDP水解作用中的一个缺陷，可引起Ras一个持续的GTP结合状态，从而导致下游信号的组成性激活。在大约30%的人类癌症、高达90%的胰腺癌和50%的结直肠癌或甲状腺癌中都发现了Ras突变，因此科学家将RAS基因确立为最显著的原癌基因。除了通过点突变激活致癌基因，表皮生长因子受体（EGFR）的过表达或突变、肿瘤中自分泌的EGF样因子产量增加也能够异常激活Ras信号。在过去4年里，研究人员做了大量工作，以确定Ras活性调控和Ras诱导肿瘤发生的根本机制。

Nedd4（神经前体细胞表达发育性调控的下调蛋白4）家族的泛素连接酶，属于E3s 的E6-AP羧基端类型，通过影响各种肿瘤相关信号通路（包括转化生长因子β、EGF、血管内皮生长因子VEGF、胰岛素样生长因子IGF和肿瘤坏死因子α），在肿瘤发展过程中发挥重要的作用。Nedd4-1是这个家族的创始成员。它最初被确定为上皮钠离子通道（ENaC）的E3连接酶，可调节ENaC内吞作用和稳定性。进一步的研究表明，Nedd4-1能够靶定其他不同的底物，包括胰岛素样生长因子1受体（IGF1R）、血管内皮生长因子受体2（VEGF-R2）及磷酸酶和张力蛋白同源物（(PTEN），这表明Nedd4-1可能在不同细胞功能的调节中起着不同的作用。

因为PTEN是一个强大的肿瘤抑制因子，可通过去磷酸化磷脂酰肌醇3,4,5-六磷胺负向调节磷脂酰肌醇（-3）激酶/AKT信号，因此Nedd4-1被称为一个肿瘤蛋白。然而，最近一项使用Nedd4-1敲除小鼠细胞的研究表明，在原代细胞中PTEN并不是由Nedd4-1调节。有趣的是，有研究发现，通过酪氨酸激酶Rak的PTEN磷酸化，可抑制Nedd4-1和PTEN之间的相互作用，这表明Nedd4-1可能仅在某些致癌环境中（如Rak丢失）靶定PTEN。

这项研究表明，Nedd4-1作为一般的E3泛素连接酶用于控制所有三种主要形式Ras的丰度，揭示了Nedd4-1在调节Ras信号中的一个基本作用。重要的是，Ras信号调节的Nedd4-1转录和Nedd4-1介导的Ras降解组成了一个负反馈调节环。研究人员发现，近完全的敲除Nedd4-1会引起细胞衰老，并且通过抑制Nedd4-1敲除使Ras水平适度增加，会促进细胞的生长和转化。因此，Ras和Nedd4-1之间的反馈调节环，对于精细调整Ras信号至关重要，对于保持细胞生长和衰老的内稳态是必不可少的。这个调节环的中断可能会导致Ras信号的异常调节和肿瘤的发生。

该研究还发现，由激活突变或EGF信号引起的激活Ras蛋白，能够抵抗Nedd4-1介导的降解。Ras的异常激活是肿瘤发生的一种常见前奏，与大约30%的人类癌症相关。组成性激活Ras突变不断刺激下游的信号转导通路，从而作为癌症发展的一个主要致病因素。显然，这项研究为Ras致癌基因的活化是肿瘤发展的一个普遍原因，提供了一个基本机制。这对于正常细胞暂时减轻Nedd4-1介导的Ras降解响应上游生长信号如EGF是必需的；然而，激活Ras突变或EGF信号的持续刺激，将完全阻断Nedd4-1介导的Ras降解，因此能够使Ras蛋白摆脱Nedd4-1的控制，这对于Ras驱动的肿瘤发生可能是必不可少的。

此外，更糟的是，失控的Ras信号能够伤害性地上调Nedd4-1水平，增加癌细胞内Nedd4-1介导的PTEN降解，从而促进癌细胞的恶性。值得指出的是，Nedd4-1介导的PTEN降解可能主要在某些致癌情况下才在癌细胞内发生，因为以往有研究表明，Nedd4-1并不负责原代细胞中的PTEN调控，酪氨酸激酶Rak通过抑制Nedd4-1调节的PTEN降解，充当抑癌基因的角色。

人们普遍认为，癌细胞可以利用参与正常生长和组织更新的自主性细胞增殖所必需的基因或信号通路。这项研究提出了这个概念的另外一个例子，癌细胞能够劫持E3泛素连接酶Nedd4-1，将它转换成一个癌蛋白，从而促进肿瘤的进展。因此，我们必须改造利用Nedd4-1作为分子靶点的癌症治疗策略。有必要进一步剖析Nedd4-1在肿瘤发生中的两个相反作用，以特定阻断Nedd4-1介导的PTEN降解，而保留其对Ras蛋白的活性。（生物通：王英）

延伸阅读：Nature新闻：新技术破解癌蛋白之谜

生物通推荐原文摘要：
Impeded Nedd4-1-Mediated Ras Degradation Underlies Ras-Driven Tumorigenesis
Summary: RAS genes are among the most frequently mutated proto-oncogenes in cancer. However, how Ras stability is regulated remains largely unknown. Here, we report a regulatory loop involving the E3 ligase Nedd4-1, Ras, and PTEN. We found that Ras signaling stimulates the expression of Nedd4-1, which in turn acts as an E3 ubiquitin ligase that regulates Ras levels. Importantly, Ras activation, either by oncogenic mutations or by epidermal growth factor (EGF) signaling, prevents Nedd4-1-mediated Ras ubiquitination. This leads to Ras-induced Nedd4-1 overexpression, and subsequent degradation of the tumor suppressor PTEN in both human cancer samples and cancer cells. Our study thus unravels the molecular mechanisms underlying the interplay of Ras, Nedd4-1, and PTEN and suggests a basis for the high prevalence of Ras-activating mutations and EGF hypersignaling in cancer.