科研热点KRAS研究在最近一个月中接连发表3篇Nature

随着致力于科研的研究人员的不断增加以及科研技术的快速革新,近代以来,科研的发展可谓相当迅速。这也导致了有的科研热点往往如昙花一现,很快就被新分子和领域所取代。但是笔者发现KRAS这个分子可谓相当优秀,其第一次出现在文章中的时间是1953年。

随后经过几代科研人员的不懈努力,关于KRAS的研究论文已经超过13000篇,其中CNS主刊论文接近300篇。

就在最近一个月中,关于KRAS的研究接连发表3Nature,真可谓研究了50年依旧是科研热点。Kras是一种鼠类肉瘤病毒癌基因,因编码21kDras蛋白又称之为p21基因,其突变与胰腺癌,肺癌和结肠癌等多种肿瘤的发生发展密切相关。
 
第一篇文章是国际著名制药巨头安进公司研发员J. Russell Lipford博士团队于20191030日发表在Nature期刊上,论文的题目是The clinical KRAS(G12C) inhibitor AMG 510 drivesanti-tumour immunity。在该论文中,作者发现KRAS(G12C)的抑制剂AMG 510能够促进抗肿瘤免疫应答。

第二篇文章是耶鲁大学Roy S. Herbst教授和Joseph Schlessinger教授合作于2019118日发表在Nature期刊上,论文的题目是Small molecule combats cancer-causing KRAS protein at last。在该论文中,作者系统的介绍了KRAS的抑制剂的发展历程以及对肿瘤的治疗效果和作用机制。

第三篇论文是纽约大学医学院Mark R. Philips教授团队于20191211日发表在Nature期刊上,论文的题目是KRAS4A directly regulates hexokinase 1。在该论文中,作者发现KRAS4A能够与糖代谢关键分子HK1(己糖激酶1)直接结合,从而调控后者活化。今天笔者就带大家看看最新的这篇Nature论文。

研究背景:Ras基因家族中与人类肿瘤发生发展密切相关的基因有三种,分别为H-rasK-rasN-ras,它们分别定位在11121号染色体上。其中,K-Ras则对人类癌症影响最大,它的作用相当于分子开关:当其正常时能控制细胞生长路径;但当其发生异常时,则会导致细胞持续生长,并阻止细胞死亡,从而促进肿瘤发生。尽管有研究证明KRAS可以通过葡萄糖转运蛋白和糖酵解酶的转录上调来参与代谢作用,但它对代谢酶是否有直接的调控作用目前尚不清楚。
 
研究结果:为了探究这个科学问题,作者通过亲和纯化以及质谱的方法寻找与RAS具有相互作用的蛋白质。随后通过免疫共沉淀的方法进行验证。作者发现突变活化的KRAS4A(G12V)HK1(己糖激酶1,启动葡萄糖代谢)具有特异性的相互作用,并且这种结合依赖于GTP的存在。

先前的研究表明RAS家族蛋白中KRAS4A的棕榈酰化是它的特有形式。因此,作者猜想 KRAS4A棕榈酰化可能对它与HK1的结合至关重要。通过将KRAS4A棕榈酰化修饰位点进行突变,作者发现KRAS4AHK1相互作用增强,这说明棕榈酰化能够抑制了KRAS4AHK1的结合。

为了进一步确定这个结果,作者使用超分辨免疫荧光显微镜观察KRAS4AHK1的定位。结果发现去棕榈酰化的KRAS4AHK1共定位在线粒体上,这表明KRAS4A蛋白去棕榈酰化促进其与HK1相互作用。

接下来作者探究它们是否可以直接结合?从pull down的结果可以看出KRAS4AGTP存在的情况下可以与HK1结合。并且进一步的免疫共沉淀实验找到了相互作用的结构域分别为KRAS4AG结构域和HK1一段类似RAS结合结构域的区域。

既然KRAS4A能够直接结合HK1,那KRAS4A是否影响HK1的酶活性呢?已有的研究表明HK1C末端结构域可以磷酸化葡萄糖,而N 端结构域通过葡萄糖-6-磷酸提供变构反馈抑制作用。通过酶活实验证实KRAS4A可以阻断HK1蛋白N 端结构域变构抑制作用。

最后,为了验证体外的结果与葡萄糖代谢的关系,作者在 hek293细胞中表达KRAS的不同剪切体然后检测葡萄糖的消耗。结果得出KRAS4A增加了细胞葡萄糖的消耗,而HK1敲除后可以中和这种作用。鉴于KRAS4AKRAS 表达的15-50% 作者认为细胞中有足够的KRAS4A促进了糖酵解作用,对细胞的催化活性有重要意义。

该研究揭示了HK1作为KRAS4A下游的效应蛋白可以在线粒体上与 KRAS4A G结构域进行结合。从控制肿瘤生长的角度来看,代谢重新调节的预期结果是将葡萄糖转移到磷酸戊糖途径。因此本研究为KRAS4A 表达相对较高的肿瘤提供了一个理想的调节节点,而对KRAS4A 剪接体和KRAS4A 棕榈酰化的研究也为肿瘤的治疗提供了一种新的模式。
 
总体来说,虽然kras的发现距今已超过50年,算得上是一个非常老的分子。但是由于其在肿瘤发生发展中至关重要的作用,因此还是非常值得进一步研究的。
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