編輯丨王多魚
排版丨水成文
膠質瘤幹細胞（GSC）位於腫瘤細胞分化層級的頂端，在膠質母細胞瘤GBM的發生、發展和治療抵抗中發揮關鍵作用。蛋白翻譯後加工，包括蛋白構象變化和蛋白翻譯後修飾，可能在腫瘤細胞的幹性獲得和維持中扮演重要角色。
蛋白構象變化，特別是由肽基脯氨酸順反異構酶（PPIases）催化的蛋白異構化，在腫瘤細胞生命活動的多個方面發揮關鍵調節作用。Pin1是在腫瘤中研究最多的PPIase，在多種腫瘤中上調表達，已被發現超過100個底物靶蛋白，被公認為腫瘤治療的關鍵藥物靶點。然而Pin1高表達迄今主要被歸咎於其轉錄調控，蛋白穩定性調控在其中的作用知之甚少。目前缺乏能夠靶向Pin1蛋白表達的抗癌策略。
蛋白的SUMOylation（SUMO化修飾）是近年來備受關註的一類蛋白翻譯後修飾，高度的蛋白SUMO化促進了結直腸癌、乳腺癌和腦癌等多種腫瘤發展。然而SUMO化修飾機制在正常細胞生命活動中不可或缺，關鍵SUMO催化酶缺失導致小鼠胚胎致死，為了避免毒副作用，需要針對SUMO化發掘更有效和安全的藥物靶點。
近日，中國科學技術大學周文超課題組、卞修武院士課題組聯合安徽醫科大學張愛麗課題組，在 Nature Communications 期刊發表了題為：Stabilization of Pin1 by USP34 promotes Ubc9 isomerization and protein sumoylation in glioma stem cells 的研究論文。
該研究發現，Pin1蛋白在膠質瘤幹細胞（GSC）中被去泛素化酶USP34穩定而高表達，且Pin1通過催化已知唯一的SUMO E2酶Ubc9來促進GSC中的全局蛋白SUMO化，並揭示了調控Pin1/USP34、Pin1/Ubc9結合的多個激酶，為靶向Pin1蛋白和全局蛋白SUMO化治療包括膠質瘤在內的癌癥提供了多個潛在藥物靶點，具有十分重要的基礎與轉化意義。
課題組前期研究中已發現Pin1在GSC中高表達且促進蛋白SUMO1型SUMO化，從而促進GSC維持和GBM發展。該研究中對Pin1上下遊分子機制進行了深入探討。研究人員使用蛋白酶體抑制劑MG132處理GSCs和對應的非幹性腫瘤細胞NSTC，發現NSTC中Pin1蛋白表達顯著上調至與GSCs一致水平；同時發現Pin1的泛素化水平在NSTC中顯著高於GSC；推斷Pin1蛋白表達受到泛素-蛋白酶體系統調控。通過免疫沉淀和蛋白質譜，在GSC中發現與Pin1蛋白結合的泛素化酶USP34；通過一系列生化實驗，驗證了USP34催化Pin1蛋白去泛素化而穩定，鑒定到Pin1上K117的泛素化是USP34的作用位點；發現Pin1上S65位點被Plk1激酶磷酸化而促進Pin1與USP34互作。
研究團隊發現，與Pin1的促癌活力一致，能夠促進Pin1蛋白穩定高表達的USP34同樣促進GSC維持和GBM生長。另一方面，敲低USP34顯著降低了Pin1介導的SUMO1型蛋白SUMO化修飾，但SUMO2/3型蛋白SUMO化修飾不受影響。通過蛋白序列分析，研究人員推斷Ubc9是Pin1的靶蛋白；免疫共沉淀驗證了Ubc9和Pin1結合；體外異構化實驗驗證了Pin1催化Ubc9蛋白異構化；進一步發現Pin1結合Ubc9的pS71-P72基序並催化其異構化，從而促進Ubc9與SUMO1基團（而非SUMO2/3基團）形成硫酯體，進而上調全局蛋白SUMO1型SUMO化修飾；Ubc9 S71位點磷酸化由CDK1激酶催化，CDK1抑制劑顯著抑制Pin1與Ubc9的互作。
在治療意義上，研究團隊使用Pin1抑制劑sulfopin和CDK1抑制劑RO3306聯合治療荷瘤小鼠，有效的抑制了GSC中的SUMO1型蛋白SUMO化修飾，減緩了小鼠顱內GBM的生長，極大延長了小鼠生存期。
Pin1被USP34去泛素化後通過異構化Ubc9提高泛蛋白SUMO1型的SUMO化修飾促進GSC維持和GBM發展
綜上所述，該項研究以膠質瘤幹細胞（GSC）為模型，闡明了腫瘤中調控Pin1蛋白穩定性的上遊機制，剖析了Pin1上調SUMO1型蛋白SUMO化的下遊機制，有助於發展針對GBM和其它受Pin1驅動的惡性腫瘤的治療新策略。
中國科學技術大學博士研究生朱秋泓、碩士研究生梁盼盼為該論文的共同第一作者，周文超研究員、卞修武院士和張愛麗教授為論文共同通訊作者。
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