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周大旺与陈兰芬团队揭示调控组织生长与癌变的细胞密度传感器

日期: 2023-10-17 访问数:

生物机体内的细胞可以感知细胞接触和细胞密度,以维持适当的组织形态和器官大小。当细胞密度增加时,接触抑制可迫使增殖的细胞停止生长。肿瘤细胞的特征之一就是失去细胞接触抑制特性而无限增长。虽然已有研究表明,细胞连接蛋白复合体等可以调控细胞密度依赖的生长抑制,但是细胞密度依赖的调控细胞增殖和肿瘤发生的潜在机制仍然有待阐明。Hippo-YAP/TAZ通路是细胞密度依赖性细胞生长的重要调节通路,在细胞密度低、细胞间接触有限的情况下,Hippo信号失活,YAP/TAZ主要位于细胞核中与转录因子TEADs相互作用,激活下游基因转录,促进细胞增殖。相反,在细胞密度高且细胞间充分接触的情况下,Hippo通路被激活,YAP/TAZ滞留在细胞质中并降解,导致细胞生长停滞。然而,Hippo通路如何感知细胞密度目前研究仍不清楚。

2023年10月16日,周大旺/陈兰芬团队在The Journal of Clinical Investigation杂志上发表了题为The SPTAN1/NUMB axis senses cell density to restrain cell growth and oncogenesis through Hippo signaling的研究论文。这项研究证明了SPTAN1-NUMB作为细胞密度传感器,通过将外部细胞-细胞接触信号整合到细胞内的Hippo-YAP信号来抑制细胞生长和肿瘤发生。同时还揭示了NUMB异构体剪接在细胞接触抑制丧失和癌症发生中的重要作用。

首先,研究人员分别分离了低密度或高密度培养条件下的细胞质膜/细胞骨架和细胞质组分进行定量质谱(DIA-MS)分析,并结合MST2相互作用蛋白质谱筛选到潜在的能够感应细胞密度并调控Hippo通路活性的蛋白。对这些蛋白逐一分析发现NUMB蛋白能够改变它的亚细胞定位来调节Hippo-YAP通路,以响应细胞密度信号来抑制生长。低细胞密度时NUMB定位于细胞质,高细胞密度时NUMB转移到细胞膜同时激活Hippo通路使YAP出核,抑制细胞生长。进一步研究发现,在高密度的细胞中,激活的SRC激酶促进细胞皮层骨架蛋白SPTAN1 (spectrin alpha chain, non-erythrocytic 1) 1176位酪氨酸的磷酸化,磷酸化的SPTAN1结合NUMB的PTB结构域从而将NUMB招募到细胞膜上,NUMB进一步招募MARK激酶,解除了它对MST1/2的抑制作用。

在哺乳动物中,NUMB通过可变剪接产生四种不同的亚型,研究发现PTB结构域的剪接对NUMB感应细胞密度调控细胞增殖至关重要。在高密度的细胞中,具有长PTB结构域的NUMB1/2可以转移到细胞膜上从而激活Hippo信号抑制细胞增殖,而具有截断PTB结构域的NUMB3/4则没有这样的效果。重要的是,不能激活MST1/2的NUMB3/4在肝癌细胞中选择性上调,这可能是细胞接触抑制丧失导致恶性增殖的重要致癌机制之一。同时这些发现可能解释了MST1/2在不同癌细胞系中对细胞密度依赖性生长抑制的不同活性差异。研究人员接下来通过敲除小鼠实验证明了NUMB对肝细胞去分化具有抑制作用。结果表明,WW45和NUMB以YAP 依赖方式协同抑制肝脏大小和肿瘤发生。

总之,这项研究发现细胞密度/接触通过SPTAN1/NUMB1/2-MARK信号轴调控Hippo通路从而控制细胞增殖和肿瘤发生。这些研究增加了我们对肿瘤发生机制的认识,也为肿瘤靶向治疗提供了潜在的靶点。

助理教授苏冬雪、博士生李玉席、张炜极、高欢、成瑶为该论文的共同第一作者, 合作者厦门大学附属中山医院刘平果教授与厦门大学直属翔安医院彭志海与李文岗教授提供了临床样本支持。学院周大旺教授和陈兰芬教授为论文的共同通讯作者。本团队目前在招聘博士后与科研人员,欢迎推荐加盟。

论文链接:J Clin Invest. 2023;133(20):e168888. https://doi.org/10.1172/JCI168888.

(图/文 周大旺、陈兰芬课题组)

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