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本文聚焦于 MCF-7 乳腺癌细胞，发现 G - 蛋白通路抑制因子 2（GPS2）通过限制肿瘤坏死因子受体相关因子 6（TRAF6）介导的泛素化，调控组蛋白去乙酰化酶 3（HDAC3）招募至染色质，揭示了炎症信号影响基因表达的新机制，为乳腺癌治疗提供潜在靶点。
研究背景
细胞通过众多转录因子和辅因子的协同作用严格控制基因表达，以响应发育和环境信号。核受体共抑制因子（NCoR）/ 视黄酸和甲状腺激素受体沉默调节因子（SMRT）/ 组蛋白去乙酰化酶 3（HDAC3）共抑制复合物在基因表达调控中具有关键作用，其既能作为共抑制因子，也能参与基因激活，这种功能转换与磷酸化事件相关，而 HDAC3 的招募和调控是转录结果的关键决定因素。
G - 蛋白通路抑制因子 2（GPS2）是 NCoR/SMRT 共抑制复合物的重要组成部分，参与维持细胞内稳态，涉及脂质代谢、胰岛素信号传导、线粒体生物发生和炎症等多个过程。GPS2 通过抑制非蛋白水解性泛素化发挥作用，但其在 NCoR/SMRT 复合物中抑制共抑制因子泛素化、调控基因表达的具体机制尚不清楚。
泛素化是一种可逆的修饰过程，由泛素激活酶（E1）、泛素结合酶（E2）和泛素连接酶（E3）依次作用完成。多聚泛素化可促进蛋白质降解或影响蛋白质功能和相互作用。已有研究表明，GPS2 抑制 E2 泛素结合酶 Ubc13/Ube2N 的活性，该酶负责合成非蛋白水解性 K63 泛素链，GPS2 介导的对 Ubc13 活性的抑制与核内和核外事件均相关。近期研究还发现 K63 泛素化在调节 HDAC3 活性方面有重要作用，但具体机制尚未完全阐明。
研究结果
- GPS2 通过抑制 HDAC3 泛素化抑制 c-Myc 基因表达：研究人员利用 CRISPR/Cas9 技术构建了 GPS2 基因敲除（KO）的 MCF-7 乳腺癌细胞系。在该细胞系中，c-Myc 基因表达上调。进一步研究发现，GPS2 缺失会导致 HDAC3 泛素化水平升高，使其从 MYC 启动子上脱离，从而促进 c-Myc 表达。这表明 GPS2 通过抑制 HDAC3 泛素化，维持 HDAC3 在 MYC 启动子上的结合，进而抑制 c-Myc 基因表达。
- GPS2 KO 导致 HDAC3 染色质结合的大规模解除：通过染色质免疫沉淀测序（ChIP-Seq）技术，研究人员分析了 WT 和 GPS2-KO MCF-7 细胞中 GPS2 和 HDAC3 的染色质结合情况。结果显示，GPS2 的 ChIP-Seq 分析发现其结合峰主要位于基因内含子和基因间区域，少数位于基因启动子区域。HDAC3 的结合峰中有 57.13% 与 GPS2 峰重叠，表明二者共同占据一些调控区域。GPS2 缺失后，HDAC3 在染色质上的结合显著减少，超过 90% 的 HDAC3 峰在 GPS2-KO 细胞中降低，这说明 GPS2 对维持 HDAC3 在染色质上的结合至关重要。
- MCF-7 细胞在缺乏 GPS2 时的转录组分析：对 GPS2-KO 和 WT 细胞进行 RNA 测序（RNA-Seq）分析，主成分分析（PCA）显示二者基因表达谱存在差异。差异表达基因分析发现，共有 3744 个基因显著差异表达，其中 1837 个基因下调，1907 个基因上调。功能富集分析表明，上调基因与转录调控、细胞周期和 DNA 损伤反应相关，下调基因与核糖体生物发生和炎症反应相关。聚焦于与 HDAC3 峰相关的差异表达基因，发现 GPS2 缺失对 HDAC3 抑制和激活的基因表达均有影响，且影响线粒体基因的表达，这进一步证明 GPS2 对维持 HDAC3 正常功能、调控基因表达具有重要作用。
- GPS2 介导的 TAB2 泛素化调控：研究人员通过对 GPS2 调控的 K63 泛素化组分析，发现 NCoR/SMRT 复合物的可选成分 TAB2 在 GPS2-KO 细胞中 K63 泛素化水平升高。在 HEK293T 细胞中研究发现，IL-1β 刺激可使核内 TAB2 的 K63 泛素化水平迅速增加，通过液相色谱 - 串联质谱（LC-MS/MS）鉴定出 K656 是其唯一的泛素化位点。进一步实验证实，去除 K656 可消除 IL-1β 刺激后出现的高分子量条带，确认了核内 TAB2 在 K656 位点的泛素化。
- TRAF6 对 NCoR/SMRT 复合物的调控：由于 TAB2 和 HDAC3 都是 E3 泛素连接酶 TRAF6 的靶点，研究人员探究了 TRAF6 在这一调控过程中的作用。结果发现，IL-1β 处理 MCF-7 细胞后，TRAF6 迅速转移至细胞核，并与 NCoR 相互作用。NCoR 中存在一个与 TRAF6 相互作用的保守基序 PREERD，突变该基序可阻断 TRAF6 与 NCoR 的相互作用。对雌激素受体靶基因 BMP7 的研究发现，TRAF6 和 Ubc13 在 IL-1β 刺激后可结合到 BMP7 启动子上，抑制 K63 泛素化或过表达显性负性 TRAF6 及突变 TAB2 可抑制 BMP7 的去抑制，表明 TRAF6 介导的 TAB2 的 K63 泛素化在促进 BMP7 去抑制中起关键作用。此外，研究还发现丝裂原活化蛋白激酶激酶激酶 1（MAP3K1/MEKK1）的招募依赖于 TRAF6/Ubc13 介导的泛素化，K63 泛素链在 BMP7 启动子上的积累先于 MEKK1 的招募，敲低 Ubc13 可阻止 MEKK1 的招募。
研究讨论
GPS2 近年来被认为是炎症和代谢的关键调节因子，其通过抑制 Ubc13 介导的非蛋白水解性泛素化发挥作用。在本研究中，GPS2 在 NCoR/HDAC3 共抑制复合物中至关重要，它可对抗 TRAF6/Ubc13 介导的复合物其他成分的泛素化，包括 HDAC3 和 TAB2。
HDAC3 是 NCoR/SMRT 复合物中的主要染色质重塑酶，其活性与基因的抑制和激活相关。GPS2 缺失导致 HDAC3 泛素化增加并从基因组上脱离，影响乳腺癌细胞的生长、代谢重编程以及相关基因的表达，这与之前在肝癌中的研究结果一致，表明限制泛素化对预防乳腺癌发展可能很重要。
在 NCoR/SMRT 复合物中，GPS2 不仅调节 HDAC3，还能防止 TAB2 的泛素化。TRAF6 在 IL-1β 刺激下迅速转移至细胞核并与 NCoR 结合，介导 TAB2 的泛素化，进而促进 MEKK1 的招募，实现共抑制复合物从启动子上的清除。TRAF6 还参与多种信号转导通路，其在细胞核和细胞质中的活动相互关联，共同调节共抑制因子的存在和转录活性。
此外，TRAF6 对 MYC 的调节存在转录和翻译后修饰的相互作用，其通过 HDAC3 泛素化调节 MYC 表达，同时抑制 c-Myc 在 Lys148 的乙酰化，这些综合作用影响了 GPS2-KO 细胞的转录组。
总之，本研究揭示了 TRAF6/Ubc13 泛素化机制在协调细胞内信号通路中的核心作用，以及泛素化失调在癌症生长和代谢适应中的重要影响。GPS2 对泛素化的调节可能成为控制癌症进展的关键靶点，为乳腺癌的治疗提供了新的潜在干预途径。
