Nat Commun｜中南大學(xué)金鑫聯(lián)合華中科技大學(xué)江科/唐露揭示ZDHHC20-YTHDF3-MYC信號(hào)軸在胰腺癌中的促癌機(jī)制
2024年5月，中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院金鑫聯(lián)合華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院江科/唐露團(tuán)隊(duì)在Nature Communications上在線發(fā)表了文章“ZDHHC20-mediated S-palmitoylation of YTHDF3 stabilizes MYC mRNA to promote pancreatic cancer progression”。研究發(fā)現(xiàn)KRAS上調(diào)的蛋白ZDHHC20在胰腺癌中異常過(guò)表達(dá)，預(yù)示著不良預(yù)后；ZDHHC20通過(guò)Cys474的棕櫚酰化抑制YTHDF3的溶酶體定位和降解，從而通過(guò)m6A修飾進(jìn)一步調(diào)節(jié)MYC mRNA的穩(wěn)定性，促進(jìn)癌癥細(xì)胞的惡性表型。本研究確定了ZDHHC20-YTHDF3-MYC軸以棕櫚?；蕾?lài)的方式促進(jìn)胰腺癌進(jìn)展的機(jī)制。
AAV-shControl和AAV-shZDHHC20感染KPC小鼠腫瘤組織的免疫組化染色
胰腺導(dǎo)管腺癌(Pancreatic ductal adencarcinoma, PDAC)是一種致死性實(shí)體腫瘤，在世界范圍內(nèi)發(fā)病率較高。由于PDAC缺乏早期診斷，且有轉(zhuǎn)移和耐藥傾向，因此PDAC的死亡率與發(fā)病率幾乎相等。研究表明，KRAS突變是胰腺腫瘤發(fā)生的起始事件，常見(jiàn)的突變是KRAS G12D，發(fā)生在90%以上的胰腺上皮內(nèi)瘤變(PanINs)中。在KRAS信號(hào)的背景下，PDAC中惡性轉(zhuǎn)化和腫瘤維持的遺傳控制在很大程度上仍未被探索。
1、KRAS突變通過(guò)STAT3誘導(dǎo)ZDHHC20在胰腺癌中積累
作者發(fā)現(xiàn)ZDHHC20在胰腺癌細(xì)胞系中的表達(dá)明顯高于正常胰腺上皮組織，與其他胰腺癌細(xì)胞系相比，ZDHHC20在無(wú)KRAS突變的胰腺癌細(xì)胞系BxPC-3中的表達(dá)水平相對(duì)較低。此外，TIMER數(shù)據(jù)庫(kù)分析顯示，在KRAS突變的胰腺癌患者的腫瘤組織中，ZDHHC20的表達(dá)水平高于沒(méi)有KRAS突變的胰腺癌患者。為了進(jìn)一步研究KRAS突變是否導(dǎo)致ZDHHC20在胰腺癌組織中高表達(dá)，作者利用KRAS G12D抑制劑處理胰腺癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)KRAS G12D抑制劑處理可顯著下調(diào)胰腺癌細(xì)胞中ZDHHC20的表達(dá)。進(jìn)一步研究KRAS調(diào)控ZDHHC20表達(dá)的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)外源KRAS G12D的表達(dá)導(dǎo)致ZDHHC20顯著上調(diào)。利用KnockTF平臺(tái)分析發(fā)現(xiàn)STAT3對(duì)ZDHHC20具有顯著調(diào)節(jié)作用，ChIP-qPCR結(jié)果表明STAT3可以結(jié)合到ZDHHC20的啟動(dòng)子區(qū)。此外，KRAS G12D的外源表達(dá)增強(qiáng)了ZDHHC20啟動(dòng)子區(qū)域STAT3的富集。以上表明KRAS突變是胰腺癌中STAT3-ZDHHC20軸過(guò)度激活的主要致病因素之一。
圖1.KRAS突變通過(guò)STAT3誘導(dǎo)ZDHHC20在胰腺癌中積累
2、ZDHHC20以棕櫚?；蕾?lài)的方式促進(jìn)胰腺癌進(jìn)展
接下來(lái)，作者探究了ZDHHC20在胰腺癌細(xì)胞中的生物學(xué)功能。在PANC-1和AsPC-1細(xì)胞中特異性敲低ZDHHC20，發(fā)現(xiàn)ZDHHC20沉默可顯著降低這些胰腺癌細(xì)胞株的增殖、侵襲和遷移。此外，通過(guò)細(xì)胞源異種移植(CDX)模型，發(fā)現(xiàn)ZDHHC20的敲低抑制了腫瘤的生長(zhǎng)。作者利用AAV8-shZDHHC20在KPC小鼠中敲低ZDHHC20，發(fā)現(xiàn)在KPC小鼠中敲低ZDHHC20導(dǎo)致腫瘤重量降低，胰腺腫瘤病變面積減小，值得注意的是，小鼠存活時(shí)間延長(zhǎng)，表明ZDHHC20在胰腺癌中作為腫瘤啟動(dòng)子起作用?？紤]到ZDHHC20作為棕櫚酰?；D(zhuǎn)移酶的功能，作者探究了ZDHHC20的致癌能力是否依賴(lài)于其棕櫚酰化活性，構(gòu)建了兩個(gè)沒(méi)有明顯催化活性的ZDHHC20突變體(C156S和F171A)，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)突變體的過(guò)表達(dá)顯著降低了ZDHHC20的棕櫚?；呋钚裕种屏艘认侔┘?xì)胞的增殖和侵襲。表明ZDHHC20可能以部分依賴(lài)于棕櫚?；姆绞酱龠M(jìn)胰腺癌的進(jìn)展。
圖2. ZDHHC20以棕櫚?；蕾?lài)的方式促進(jìn)胰腺癌的進(jìn)展
3、ZDHHC20通過(guò)Cys474上的棕櫚?；种芛THDF3的降解
作者進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)ZDHHC20是YTHDF3棕櫚酰化酶，ZDHHC20介導(dǎo)的YTHDF3在Cys474上的棕櫚酰化促進(jìn)了胰腺癌的進(jìn)展。為了更全面地了解YTHDF3棕櫚?；?，作者評(píng)估了YTHDF3棕櫚?；揎棇?duì)其亞細(xì)胞定位的潛在影響。核/胞質(zhì)分離實(shí)驗(yàn)表明，YTHDF3主要定位于細(xì)胞質(zhì)中，這與之前的報(bào)道一致。下調(diào)ZDHHC20只降低了YTHDF3的蛋白水平，并沒(méi)有改變YTHDF3的mRNA水平。作為一種可逆的翻譯后修飾，棕櫚?；{(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的運(yùn)輸、相互作用和降解。接下來(lái)，作者評(píng)估了ZDHHC20棕櫚酰化是否調(diào)節(jié)YTHDF3降解，發(fā)現(xiàn)ZDHHC20介導(dǎo)的YTHDF3-Cys474棕櫚?；种屏薍SC70對(duì)YTHDF3的識(shí)別，從而通過(guò)CMA途徑抑制了其隨后的溶酶體降解。
圖3.ZDHHC20通過(guò)Cys474上的棕櫚?；种芛THDF3的降解
4、ZDHHC20介導(dǎo)的YTHDF3-Cys474棕櫚?；€(wěn)定MYC mRNA水平
作者探究了ZDHHC20-YTHDF3軸促進(jìn)胰腺癌進(jìn)展的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)YTHDF3棕櫚?；cMYC表達(dá)密切相關(guān)。作為m6A的主要讀取器之一，YTHDF3可識(shí)別m6A修飾的RNA，隨后調(diào)控其穩(wěn)定性和翻譯，機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)YTHDF3以依賴(lài)m6A的方式穩(wěn)定MYC mRNA。接下來(lái)，作者探究了ZDHHC20是否通過(guò)影響MYC的生物學(xué)功能來(lái)促進(jìn)胰腺癌的進(jìn)展，評(píng)估2-BP處理和敲除ZDHHC20對(duì)MYC mRNA穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)阻斷YTHDF3 Cys474棕櫚?；山档蚆YC mRNA的半衰期。WB結(jié)果表明，異位表達(dá)ZDHHC20上調(diào)MYC的表達(dá)，這一作用可被YTHDF3敲除阻斷。MYC沉默在體外和體內(nèi)逆轉(zhuǎn)了異位ZDHHC20表達(dá)對(duì)PDAC的促進(jìn)作用。以上結(jié)果表明，ZDHHC20介導(dǎo)的YTHDF3-Cys474棕櫚?；{(diào)節(jié)MYC mRNA的穩(wěn)定性，促進(jìn)PDAC的進(jìn)展。治療性阻斷ZDHHC20-YTHDF3相互作用可抑制胰腺癌進(jìn)展。
圖4. ZDHHC20介導(dǎo)的YTHDF3-Cys474棕櫚?；€(wěn)定MYC mRNA水平
綜上，KRAS上調(diào)的ZDHHC20在胰腺癌患者中異常過(guò)表達(dá)并與不良預(yù)后相關(guān)。ZDHHC20表達(dá)失調(diào)以棕櫚酰化依賴(lài)的方式促進(jìn)胰腺癌的進(jìn)展，ZDHHC20通過(guò)Cys474的S-棕櫚?；种瓢閭H蛋白介導(dǎo)的YTHDF3自噬，導(dǎo)致致癌產(chǎn)物MYC的異常積累，從而促進(jìn)癌細(xì)胞的惡性表型。以上發(fā)現(xiàn)還確定了YTHDF3作為m6A讀取器的致癌作用，并強(qiáng)調(diào)了靶向ZDHHC20-YTHDF3-MYC信號(hào)軸在胰腺癌中的治療潛力。
