CARM1-PI3KC2α 轴：调控微管蛋白自调节的关键枢纽及抗癌新靶点

为探究细胞维持微管蛋白（tubulin）稳态机制，研究人员聚焦 CARM1-PI3KC2α 轴，发现其调控 tubulin 自调节，且影响抗癌活性。

　　在细胞的微观世界里，微管蛋白（tubulin）就像一个个勤劳的 “建筑工人”，它们参与构建细胞的 “骨架”—— 微管，在细胞的多项重要活动中发挥着关键作用，比如细胞内物质运输、细胞运动以及细胞分裂时染色体的精准分离等。为了保证细胞正常运作，细胞内 tubulin 的浓度必须严格控制，这就依赖于一种神奇的自调节机制：当细胞内游离的 tubulin 过多时，细胞会启动程序，加速 tubulin 编码 mRNA 的降解，从而避免 tubulin 的过度生产。

然而，尽管这种自调节机制已被发现多年，但其中仍有许多谜团尚未解开。比如，细胞究竟是如何感知游离 tubulin 水平的变化，并启动这一自调节过程的呢？这个问题就像一把神秘的钥匙，吸引着众多科研人员去探索。

为了揭开这个谜团，来自韩国淑明女子大学（Sookmyung Women’s University）、美国德克萨斯大学 MD 安德森癌症中心（The University of Texas MD Anderson Cancer Center）等机构的研究人员，在《Cell Communication and Signaling》杂志上发表了一项重要研究。他们深入研究了共激活因子相关精氨酸甲基转移酶 1（CARM1）- 磷脂酰肌醇 3 - 激酶 2α（PI3KC2α）轴在 tubulin 自调节中的作用，为我们理解细胞的这一精密调控机制带来了新的曙光。

在这项研究中，研究人员运用了多种先进的技术方法。首先是免疫印迹（immunoblotting）和免疫沉淀（immunoprecipitation）技术，通过这两种技术，研究人员可以分析蛋白质之间的相互作用以及蛋白质的表达水平变化。其次，质谱分析（mass spectrometry）技术被用于鉴定 PI3KC2α 的甲基化位点，这对于揭示 CARM1 与 PI3KC2α 之间的调控关系至关重要。此外，研究人员还利用了细胞同步化（cell synchronization）和流式细胞术（flow cytometry analysis）等技术，来研究细胞周期的变化，从而探究 CARM1-PI3KC2α 轴对细胞增殖和细胞周期的影响 。

下面来看看具体的研究结果。

1. CARM1 甲基化并稳定 PI3KC2α：研究发现，PI3KC2α 的表达依赖于细胞内 CARM1 的水平和活性。CARM1 能够与 PI3KC2α 相互作用并使其甲基化，通过体外甲基化实验、突变体实验以及质谱分析等多种方法，确定了 PI3KC2α 的 R175 位点是 CARM1 的甲基化位点。进一步研究发现，CARM1 通过甲基化 R175 位点来稳定 PI3KC2α 蛋白，而不是影响其转录过程。当 CARM1 缺失或 PI3KC2α 的 R175 位点发生突变时，PI3KC2α 蛋白水平会迅速下降，同时其泛素化水平增强，这表明 CARM1 对 PI3KC2α 的稳定作用至关重要。
2. CARM1-PI3KC2α 轴决定细胞内 tubulin 水平：研究人员通过对 67 种乳腺癌细胞系的分析，发现 CARM1 或 PIK3C2A 的表达与 tubulin 的表达相关。敲低 PI3KC2α 或 CARM1 会导致 α-tubulin 以及其他 tubulin 亚型的水平下降，而恢复 CARM1 的表达则可以挽救 PI3KC2a 和 α-tubulin 的水平。进一步研究表明，PI3KC2α 通过调节 tubulin mRNA 的稳定性来影响 tubulin 水平，而不是转录或翻译过程。此外，PI3KC2α 的缺失会改变可溶性 tubulin 与不溶性微管的比例，并且细胞内 tubulin 水平与微管解聚蛋白 1（STMN1）的水平呈负相关。
3. PI3KC2α 通过隔离 TTC5 调节 tubulin 自调节：tubulin 自调节是由 TTC5 识别 tubulin 新生肽中的特定序列启动的。研究发现，PI3KC2α 或 CARM1 的缺失会增加 TTC5 与 α-tubulin 的相互作用，表明 CARM1-PI3KC2α 轴参与了 tubulin 自调节。未甲基化的 PI3KC2α 更容易与 TTC5 结合并隔离它，从而抑制 tubulin 自调节；当 PI3KC2α 不稳定降解时，TTC5 被释放，进而启动 tubulin 自调节。
4. 破坏 CARM1-PI3KC2α 轴增强微管靶向药物的细胞毒性：研究人员发现，敲低 CARM1 或 PI3KC2α 会抑制乳腺癌细胞的增殖、存活和 DNA 合成，影响细胞周期进程，使细胞停滞在 G?/M 期。此外，敲低 CARM1 或 PI3KC2α 还会增加细胞对微管靶向药物（MTAs）如紫杉醇和长春新碱的敏感性。在不同的乳腺癌细胞系中，PI3KC2α 和 α-tubulin 水平较低的细胞系对 MTAs 更为敏感。

总的来说，这项研究揭示了 CARM1-PI3KC2α 轴是 TTC5 介导的 tubulin 自调节的关键调节因子。这一发现不仅为我们理解细胞如何维持 tubulin 稳态提供了新的视角，也为治疗与微管异常相关的疾病开辟了新的方向。比如，PIK3C2A 基因突变与一些发育障碍相关，该研究表明这些突变可能通过影响 tubulin 稳态导致疾病发生，这为深入研究这些疾病的发病机制提供了重要线索。此外，破坏 CARM1-PI3KC2α 轴能够增强 MTAs 的抗癌活性，这意味着 CARM1 或 PI3KC2α 有望成为基于 MTAs 化疗的生物标志物或治疗靶点，为癌症治疗提供新的策略，有助于开发更有效的抗癌药物，在提高癌症治疗效果的同时减少副作用，为广大癌症患者带来新的希望。