撰文 | 我的閨蜜老紅帽
蛋白質的合成水胞內和胞外兩方面信號調控。其中，在翻譯起始時，eIF4F對信使RNA的識別並形成三元複合體（ternary complex，簡稱TC）是其中至關重要的一步【1,2】。在壓力信號下，TC的成分之一，eIF2a發生磷酸化，並與eIF2B結合，從而抑制TC的形成【3-6】。直腸癌細胞（colorectal cancers，簡稱CRCs）中往往可以檢測到APC腫瘤抑制因子（APC tumour suppressor）的缺失或者突變【7】，從而導致MYC的上調【8】，而MYC是負責一系列參與翻譯和蛋白質合成的轉錄因子。TC和MYC同樣參與蛋白質合成，那麼，這兩組信號之間是否存在關係呢？
2019年11月4日，來自德國維爾茨堡大學的Armin Wiegering和Martin Eilers研究組在Nature Cell Biology雜誌上發表了長文A MYC–GCN2–eIF2α negative feedback loop limits protein synthesis to prevent MYC-dependent apoptosis in colorectal cancer，在APC缺失的結腸癌細胞中定義了MYC–GCN2–eIF2α這樣一條通路，即eIF2α磷酸化導致MYC下調，從而抑制蛋白質合成。
首先，作者採用SW480細胞系，構建了多西環素（doxycycline）所控制的APC缺失（APC-deficient，簡稱APCdef）和APC重建（APC-restored，簡稱APCres）細胞系。通過引入包含5000餘種翻譯相關基因的shRNA庫篩選，作者發現，在APCdef細胞中敲除eIF2B5可以顯著增加細胞凋亡水平，而細胞中APCres這一現象並不十分明顯。這說明，在APC缺失細胞中，eIF2B5可以抑制細胞凋亡。
接下來，作者具體研究了eIF2B5所抑制的細胞凋亡模式。有報道指出，APC缺失可以顯著提高MYC的信使RNA水平【9】，而高水平的MYC可以誘導細胞凋亡【10】，所以，作者猜測，eIF2B5有可能導致MYC表達水平發生變化。作者採用蛋白免疫印跡的方法發現，在APCdef細胞中敲除eIF2B5，MYC蛋白質表達水平明顯升高，但是，信使RNA水平卻維持不變。免疫共沉澱實驗結果顯示，在APCdef細胞中，eIF2B5的缺失可以導致MYC進行大量翻譯。另外，在APCdef細胞中在敲除eIF2B5的同時，也敲除MYC，那麼細胞凋亡久得到了顯著的抑制。這些結果說明，在APCdef細胞中，eIF2B5可以抑制MYC的翻譯，從而抑制細胞凋亡。
再下來，作者進一步研究在體內，上述現象是否同樣存在。作者構建了消化道表皮細胞特異敲除APC的小鼠（VillinCreERApcfl/fl），作者發現，同時eIF2B5異常的小鼠（VillinCreERApcfl/flEif2b5+/-）MYC表達水平和細胞凋亡水平都有所降低。
目前並沒有構建出以eIF2B5為靶點的小分子，所以作者以eIF2α的磷酸化為研究對象。eIF2α的激酶共有四個，分別是EIF2AK1，EIF2AK2（又名PKR），EIF2AK3和EIF2AK4（又名GCN2）【11】。通過比較APCdef和APCres細胞中這四個激酶的活化狀態，作者發現，在APCdef細胞中GCN2和PKR都有明顯的活化現象，而較之PKR，GCN2的活化水平更高。接下來，作者通過小分子抑制劑A-92（針對GCN2）和C16（PKR）來抑制激酶活性，發現，在APCdef細胞中，激酶活性抑制會導致細胞生長緩慢和細胞凋亡，並且，A92在有效抑制eIF2α磷酸化的同時，還提高細胞的蛋白質合成水平，並誘導MYC的表達，也就是說，A92與敲除eIF2B5的作用極為類似；當然，較之A92，C16作用效果一般。而APCres細胞中，抑制與否，細胞生長都影響不大。最後，作者採集了8個APC已經發生突變的病人細胞樣本，發現這些細胞對A92和C16作用都很敏感。綜合上述結果，作者認為，抑制GCN2和PKR，可以起到敲除eIF2B5的作用，即抑制APC突變細胞的生長。
這篇文章揭示在APC突變或者缺失的細胞中，eIF2B5缺失或者GCN2活性受到抑制，導致eIF2α磷酸化磷酸化水平降低，MYC水平隨之升高，從而影響細胞凋亡水平。這篇文章的亮點有二，一是邏輯結構，作者由細胞系入手，通過生物化學手段研究機制，接下來引入動物實驗和人類樣本，進一步論證提出機制的可信性，從深度和廣度兩方面研究問題。二是與結腸癌的聯繫，因為結腸癌細胞往往APC缺失或者突變，作者由此為切入點，構建細胞和動物模型，頗為新穎；並且，作者還引入和小分子激酶抑制劑，並討論起作用效果，這為臨床藥物研發提供了新思路。
原文鏈接
https://doi.org/10.1038/s41556-019-0408-0.
製版人：珂
參考文獻
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11. Faller, W. J. et al. mTORC1-mediated translational elongation limits intestinal tumour initiation and growth. Nature 517, 497–500 (2015).
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