胰腺癌中p53突变对Ras信号持续激活的机制

胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)是一种恶性程度高、预后差、诊断及治疗均十分困难的消化道肿瘤,被称为“癌中之王”。大规模基因组测序研究揭示了PDAC发生与发展的驱动因子,主要包括癌基因KRAS和抑癌基因TP53的突变。根据TCGA项目数据显示,KRAS错义突变可发生在超过90%的PDAC病人中,而TP53错义突变及截断突变亦可发生在高达70%的案例中【1】;这些驱动突变事件(driver mutation)在PDAC中的高频率发生也得到了近期发表的癌症全基因组测序项目的支持【2】。其中,KRAS作为Ras小GTP酶家族中的主要基因成员,其携带的激活型突变主要通过增强结合GTP并促进其水解的能力,来放大下游与癌细胞增殖、转移相关的级联反应【3】。不过,在这一经典机制之外,KRAS是否与突变型TP53之间存在协同促癌作用,则尚不清楚。考虑到K-Ras和p53蛋白一般被认为是不可经由小分子药物靶向抑制的(undruggable)【4】,能否从这二者间潜在的关联效应下手对其促癌作用进行抑制,就成为了一个十分重要的问题。

2020年6月18日,来自纪念斯隆·凯特琳癌症中心的Steven D. Leach、Luisa F. Escobar-Hoyos团队等在Cancer Cell上发表了题为Altered RNA Splicing by Mutant p53 Activates Oncogenic RAS Signaling in Pancreatic Cancer Graphical的文章,首次报道了PDAC中突变型K-Ras与p53蛋白之间存在的依赖于GTP酶激活蛋白(GTPase-activating protein, GAP)的异常剪接和膜定位的协同促癌机制,为携带KRASG12D突变体的胰腺癌患者的治疗提供了一项新的潜在有效方案。

在该项研究中,作者从近年来多项对PDAC进行大规模组学研究的计划中显示出的,具有TP53和KRAS双突变及RNA剪接相关蛋白表达升高等特征的病人组群,在肿瘤恶性程度和预后指标等方面表现出高进展性的事实出发,首先探索了TP53非沉默突变在PDAC中对全转录组RNA剪接模式的扰动效应,发现了大量的外显子异常滞留或省略现象。对这些异常剪接事件的序列特征分析则揭示了polyC序列在滞留外显子中的显著富集,而这一现象在GAP蛋白家族的相关基因中,尤其是GAP17,最为明显。考虑到GAP蛋白的活性对于Ras信号通路的持续激活具有负向调控的作用(因其可以加快GTP至GDP的转化从而减轻Ras激活程度【5】,因此作者提出了TP53突变通过促使GAP异常剪接从而保证Ras持续激活的假说。

为了厘清其中的具体生化机制,作者通过一系列生化与细胞实验,研究了在不同的TP53突变状态和GAP剪接状态下Ras信号通路的激活程度,证实了TP53突变导致的GAP转录本异常剪接并不直接导致其内在活性改变,而是通过赋予其新的PPxP蛋白互作域从而显著降低其膜定位并与Ras蛋白互作的能力。其后,作者进一步揭示了TP53对GAP异常剪接的促进作用是由RNA剪接蛋白hnRNPK介导的,从而建立了一条完整的TP53与KRAS突变协同作用的机制轴。最后,作者利用PDAC细胞系及小鼠模型测试了通过靶向抑制GAP17的异常剪接转录本表达对肿瘤发展的影响,从癌细胞增值速率、肿瘤体积、肝转移效率等多个角度均观察到了GAP17的polyC外显子的异常滞留具有的强烈促癌效应。另外,作者还注意到了对携带p53R172H突变体的PDAC模型小鼠施加靶向抑制SF3b剪接复合体的小分子显示出了良好的抗癌效应,而过表达polyC+的GAP17仅能少部分地拮抗这一效应,因而显示出了在GAP17之外,TP53突变型的PDAC的发展同时还依赖于其它异常转录事件。

总之,这一研究通过大量的体外与体内实验数据,验证了在PDAC中,TP53突变基于高表达hnRNPK、促进GAP17膜定位相关外显子的异常滞留,最终维持Ras信号通路持续激活的全新促癌机制;提供了一条癌症各个驱动突变之间协同作用的重要证据;而癌细胞对这一机制的高度依赖性则展现了其作为一个独特的治疗靶点的巨大潜力。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.ccell.2020.05.010
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