中文標題:小分子抑制劑BI 6727對BRAFV600E突變黑色素瘤細胞Polo樣激酶1抑制作用的大規(guī)模非標記比較蛋白質組學分析
發(fā)表期刊:Journal of proteome research
影響因子:4.074
運用技術:Label Free非標定量蛋白質組學 (由輝駿生物提供技術支持)
● 內容概述
Polo-like kinase1(Plk1)是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶,通過調節(jié)有絲分裂的進入、進展和退出,在多種人類癌癥中過表達,對持續(xù)的致癌增殖至關重要。本研究通過利用定量蛋白質組學策略來比較Plk1特異性抑制劑BI 6727處理后BRAFV600E突變黑色素瘤細胞的蛋白質組,利用無標記納米LC?MS/MS技術在Q-Exactive上進行篩選,鑒定了20多個感興趣的蛋白;并通過乳酸和NAD水平來評估與細胞代謝相關的降低。此外,研究中還發(fā)現(xiàn)了多個蛋白酶體亞基的下調,導致20S蛋白酶體活性顯著降低。有關異質核糖核蛋白C1/C2(HNRNPC)的檢測也進一步確定了Plk1和p53之間的新關聯(lián),從而為Plk1在癌細胞存活中的作用提供了有價值的見解。
● 研究路線
Label free非標記定量蛋白質組學分析BI 6727抑制PIk1后人黑色素瘤細胞蛋白質組的定量變化Panther分析評估集體蛋白質的分子功能,確定催化活性和結合是主要的蛋白質功能NAD、NADH和 NADPH檢測結果表明P1k1抑后NADH和NADPH水平顯著降低,NAD的下降幅度更大20S蛋白酶體活性測定結果表明BI 6727治療導致多個20S蛋白酶體亞基下調異質性核糖核蛋白C1/C2檢測結果表明P1k1通過調節(jié) HNRNPC介導的p53表達
● 研究結果
1. BI 6727處理、蛋白質鑒定、定量和分析
為確定Plk1在黑色素瘤中的下游分子機制,研究者闡明了BI 6727抑制Plk1后人黑色素瘤細胞蛋白質組的定量變化。使用Label Free方法進行分析,為準確確定蛋白質比例,每種樣本類型設置了三個以上的實驗重復。該方法識別出1800多種蛋白質,其中343種被識別的蛋白質表現(xiàn)出顯著的表達變化。
接下來,研究者使用Panther(通過進化關系進行蛋白質分析)來評估集體蛋白質的分子功能,并確定催化活性和結合是主要的蛋白質功能(圖2C)。
2. BI 6727治療改變多種代謝蛋白的表達
蛋白質組學分析結果表明,Plk1活性的抑制導致多種代謝蛋白的表達減少,包括蘋果酸脫氫酶1(MDH1)、谷草轉氨酶2(GOT2)和轉酮醇酶(TKT)。此外,Western blot結果證實了乳酸脫氫酶A(LDHA)、葡萄糖-6-磷酸異構酶(GPI)和乳酸脫氫酶B(LDHB)顯著降低(圖3A)。有趣的是,LDHA、LDHB和GPI均在糖酵解中扮演著重要的角色。推測Plk1的過表達可能有助于癌癥相關的從線粒體氧化磷酸化OXPHOS向有氧糖酵解的轉換。
為了評估Plk1抑制對有氧糖酵解的影響,研究者分別測量了細胞外乳酸的水平,煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)的水平,乳酸是葡萄糖分解的主要副產品,而NADH和NADPH是糖酵解和磷酸戊糖途徑分解葡萄糖過程中產生的酶輔助因子。結果顯示兩個治療組(25 NM和100 NM)的乳酸水平與對照組相比顯著降低(圖3C)。在BI-6727處理的細胞中,NADH和NADPH水平顯著降低,幾乎降低了5倍(圖3D)。這些數(shù)據表明,Plk1抑制后NAD+的下降幅度更大,鑒于丙酮酸到乳酸的轉化是NAD+再生的主要途徑,有理由預測LDHA的下降是比率變化的主要因素。
3. BI 6727治療導致多個20S蛋白酶體亞基下調
泛素-蛋白酶體系統(tǒng)通過一個系統(tǒng)過程對細胞內80%~90%的蛋白質降解起著不可或缺的作用。在比較蛋白質組學分析中,研究者發(fā)現(xiàn)BI6727治療導致人黑色素瘤細胞中多個20S亞基的顯著下調。進一步擴大IPA分析范圍,發(fā)現(xiàn)20S亞基α7和β6分別下調了2.46%和5.56%(圖4B)。使用熒光團標記的蛋白酶體底物檢測了20S蛋白酶體的活性,檢測顯示,與對照組相比,BI 6727處理細胞的20S活性顯著降低(圖4D)。
4. 異質性核糖核蛋白C1/C2在BI 6727治療后上調
異質性核糖核蛋白C1/C2(HNRNPC)是一種普遍存在的RNA結合蛋白,主要以hnRNPC1和hnRNPC2兩種異構體表達。最近的一項研究表明,HNRNPC過表達通過抑制有絲分裂蛋白極光激酶B(AurkB)在肝細胞癌(HCC)細胞中誘導微核。Plk1活性的抑制可能會對AurkB的表達產生負面影響,與Plk1抑制相關的有絲分裂可能部分通過HNRNPC和AurkB介導。此外,HNRNPC被證明通過直接與p53 mRNA 5‘編碼區(qū)的順式元件結合來促進p53的翻譯。研究者分別通過Western blot和p21的轉錄分析發(fā)現(xiàn)p53蛋白的表達和活性相應地增加(圖5E)。這些數(shù)據為Plk1通過調節(jié)HNRNPC介導的p53表達提供了令人信服的證據。
● 結論
對BI 6727抑制人黑色素瘤A375細胞Plk1的蛋白質組學研究發(fā)現(xiàn),多個蛋白的表達發(fā)生了變化,這些蛋白尚未被確定為Plk1信號網絡的一部分。蛋白質組學分析提供了Plk1和HNRNPC之間一種新的關系的證據,并且Plk1抑制對厭氧糖酵解和蛋白酶體活性有相當大的影響,這兩條途徑是癌細胞生存所必需的。這些數(shù)據為新的Plk1信號通路和未來靶向治療的潛在候選者提供了堅實的基礎。