今天分享一篇由美國國立研究院癌癥研究中心發(fā)表于Molecular Cell（IF=14.5,Q1）的轉(zhuǎn)錄組+蛋白組機(jī)制研究。研究標(biāo)題：hRpn13通過表觀遺傳因子HDAC8、PADI4和轉(zhuǎn)錄因子NF-kB p50塑造蛋白質(zhì)組和轉(zhuǎn)錄組。

癌癥治療的突破往往來自對細(xì)胞內(nèi)關(guān)鍵機(jī)制的重新審視。hRpn13，這一傳統(tǒng)上被認(rèn)為是蛋白酶體底物受體的蛋白，近年來卻展現(xiàn)出更多維的生物學(xué)功能。除了參與蛋白質(zhì)降解，它還在基因表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮了意想不到的作用。這些發(fā)現(xiàn)為靶向hRpn13的抗癌治療提供了新的思路，也揭示了其功能復(fù)雜性背后的科學(xué)難題。

一、hRpn13：不只是蛋白酶體的一部分

hRpn13是蛋白酶體中的重要底物受體，其功能主要通過以下兩部分實(shí)現(xiàn)：

1. Pru（Pleckstrin-like receptor for ubiquitin）結(jié)構(gòu)域：負(fù)責(zé)結(jié)合泛素和蛋白酶體亞基 hRpn2 的 C 端。

2. DEUBAD（deubiquitinase adaptor）結(jié)構(gòu)域：招募去泛素化酶 UCHL5，促進(jìn)泛素鏈的降解。

在多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞中，蛋白酶體會(huì)裂解hRpn13，生成僅保留Pru結(jié)構(gòu)域的片段。這一過程削弱了去泛素化酶UCHL5的活性，也暗示hRpn13的功能遠(yuǎn)不止于蛋白質(zhì)降解。

圖1 hRpn13敲除的骨髓瘤細(xì)胞中細(xì)胞骨架、免疫反應(yīng)和表觀遺傳蛋白質(zhì)組的變化

(A)相對于WT. n， trRpn13-MM2蛋白豐度（x軸，log2）與p值（y軸，-log10）的折疊變化的火山圖。

(B) TMT-MS技術(shù)重復(fù)圖(A)（y軸）和圖S1B（x軸）中p值<0.05且包含Spearman秩相關(guān)檢驗(yàn)。

(C)圖1B所示的蛋白含量顯著改變(-log10p> 1.3)，GO分析。

(D) RPMI 8226 WT和trRpn13-MM2細(xì)胞的免疫印跡。

圖2。敲除hRpn13 Pru會(huì)導(dǎo)致PADI4，全長蛋白hRpn13，MGMT下調(diào)；MYH10上調(diào)

（A）trRpn13-MM1相對于野生型（WT）的蛋白質(zhì)豐度變化倍數(shù)（x軸，log2）和p值（y軸，-log10）的火山圖。

（B）相對于野生型（WT），trRpn13-MM1（x軸，A）與 trRpn13-MM2（y軸，圖1A）的蛋白質(zhì)豐度變化（log2）的圖。

（C）用抗體檢測 RPMI 8226 野生型、trRpn13-MM1 或 trRpn13-MM2 細(xì)胞裂解物的免疫印跡圖。

（D）用抗體檢測HCT116野生型、DUCHL5、DhRpn13或trRpn13細(xì)胞裂解物的免疫印跡圖。

（E）用抗體檢測經(jīng)48小時(shí)對照scramble或靶向hRpn13的siRNA（sihRpn13）處理的 HCT116野生型細(xì)胞的免疫印跡圖。

（F）用FLAG-hRpn13（+）或空載體（-）轉(zhuǎn)染 48 小時(shí)后的HCT116野生型細(xì)胞裂解物的免疫印跡圖，用抗體檢測。

（G）用抗體檢測經(jīng)全長hRpn13（+）慢病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)或未經(jīng)處理（-）的RPMI 8226野生型、trRpn13-MM1或trRpn13-MM2細(xì)胞裂解物的免疫印跡圖。FL，Full Length。

二、hRpn13 的多維抗癌潛力

1. 靶向hRpn13的化合物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡

研究表明，多種hRpn13靶向分子（如 PROTAC和雙苯叉基化合物）能有效抑制癌細(xì)胞生長，包括骨髓瘤、結(jié)直腸癌、胃癌等。這些分子通過復(fù)雜機(jī)制誘導(dǎo)hRpn13依賴的凋亡，但并不破壞其與蛋白酶體或泛素的相互作用。

2. hRpn13在基因調(diào)控中的作用

研究發(fā)現(xiàn)，hRpn13不僅影響蛋白質(zhì)降解，還通過多種途徑調(diào)控基因表達(dá)：

• NF-κB信號(hào)通路：hRpn13缺失降低了轉(zhuǎn)錄活性因子p50的水平，并減少了其前體蛋白p105的磷酸化，進(jìn)一步削弱了與免疫反應(yīng)和細(xì)胞壓力相關(guān)的基因表達(dá)。

• 表觀遺傳調(diào)控：hRpn13與組蛋白去乙酰化酶HDAC8及瓜氨酸化酶PADI4相互作用，可能通過表觀遺傳機(jī)制影響細(xì)胞骨架和免疫反應(yīng)相關(guān)蛋白。

3. 跨細(xì)胞類型的蛋白酶體組分差異

PADI4被證明能夠結(jié)合蛋白酶體并影響其活性，而hRpn13缺失或NF-κB抑制劑則顯著降低PADI4的水平。這一發(fā)現(xiàn)提示蛋白酶體的組成可能因細(xì)胞類型不同而有所變化，為個(gè)性化治療提供了新方向。

圖3. hRpn13 Pru缺失后骨髓瘤細(xì)胞中的膜起泡增加

(A和B) 通過共聚焦熒光顯微鏡獲取的z軸堆疊圖像切片，顯示RPMI8226野生型（WT）、trRpn13-MM1和trRpn13-MM2 細(xì)胞在間期（A）或有絲分裂（B）階段的表現(xiàn)。細(xì)胞染色分別標(biāo)記 F-肌動(dòng)蛋白（鬼筆環(huán)肽，紅色）、β-微管蛋白（TUBB4A，黃色）和DNA（DAPI，藍(lán)色）。白色箭頭指示膜起泡的區(qū)域。每張切片距離蓋玻片的距離（左上角）以及比例尺（右下角，5 μm）均已標(biāo)示。

(C) 顯示具有膜起泡細(xì)胞比例的統(tǒng)計(jì)圖。使用Mann-Whitney非參數(shù)檢驗(yàn)計(jì)算統(tǒng)計(jì)顯著性。數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤（SEM）形式表示。

(D)RPMI 8226 WT、trRpn13-MM1和trRpn13-MM2 細(xì)胞的共聚焦熒光顯微圖像，染色標(biāo)記 Annexin V（綠色）、F-肌動(dòng)蛋白（鬼筆環(huán)肽，紫色）和DNA（DAPI，藍(lán)色）。頂部面板顯示合并圖像，箭頭指示起泡區(qū)域。比例尺為5 μm。

三、研究挑戰(zhàn)與未來展望

1. 檢測技術(shù)的限制

• 瓜氨酸化檢測存在質(zhì)譜靈敏度不足和抗體特異性不強(qiáng)的問題，限制了PADI4活性的全面解析。

• 細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白（如MYO1E）的檢測同樣受到抗體供應(yīng)不足的影響。

2. 機(jī)制性問題待解

• hRpn13缺失是否通過NF-κB間接影響PADI4的豐度？

• 蛋白酶體其他底物受體的缺失是否會(huì)引發(fā)類似效應(yīng)？

3. 蛋白酶體與表觀遺傳學(xué)的交匯

未來研究需要深入探討hRpn13與HDAC8、PADI4及NF-κB通路之間的協(xié)同作用，尤其是在不同細(xì)胞類型和組織中的動(dòng)態(tài)變化。這些研究將為基于hRpn13 的個(gè)性化治療提供更加全面的理論基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

從蛋白質(zhì)降解到基因表達(dá)，hRpn13在細(xì)胞生物學(xué)中的功能超出了傳統(tǒng)認(rèn)知。盡管研究中仍面臨技術(shù)和機(jī)制性挑戰(zhàn)，其多維度的抗癌潛力為新型治療方法的開發(fā)帶來了希望。未來，隨著檢測技術(shù)的進(jìn)步和機(jī)制研究的深入，我們或許能更好地將hRpn13的生物學(xué)復(fù)雜性轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐中的抗癌利器。

參考文獻(xiàn)：

Osei-Amponsa V, Chandravanshi M, Lu X, Magidson V, Das S, Andresson T, Dyba M, Sabbasani VR, Swenson RE, Fromont C, Shrestha B, Zhao Y, Clapp ME, Chari R, Walters KJ. hRpn13 shapes the proteome and transcriptome through epigenetic factors HDAC8, PADI4, and transcription factor NF-κB p50. Mol Cell. 2024 Feb 1;84(3):522-537.e8. doi: 10.1016/j.molcel.2023.11.035. Epub 2023 Dec 26. PMID: 38151017; PMCID: PMC10872465.