整合热蛋白质组分析和热邻近共聚集分析鉴定了ATP6V1C1作为新型抗癌药物靶点

Integrated thermal proteome and thermal proximity co-aggregation profiling identifies ATP6V1C1 as a novel anti-cancer drug target.

作者信息Shuang Zhang, Feng-Ming Li, Jun Wang, Yu Dong, Jing-Fang Luo, Xiao-Fang Huang, Yue Li, Guo-Yuan Zhu, Shi-Qian Qi, Han-Ming Shen, Qing Zhong, Chen Ming, Ke-Wu Zeng, Xiao-Jun Yao, Chris Soon Heng Tan, Jia-Hong Lu
PMID40384877
发布时间2025-04-28
DOI10.7150/ijbs.106843

实验完整度

文献包含体外细胞实验、TPP/TPCA全蛋白质组靶标鉴定、CETSA/ITC验证、溶酶体功能分析、自噬流检测、异种移植瘤模型及CRISPR基因编辑验证,证据层级多样化。

主要模型

MDA-MB-231细胞系 MDA-MB-436细胞系 BT-549细胞系 三阴性乳腺癌(TNBC)细胞系 异种移植瘤模型(MDA-MB-231细胞接种于裸鼠) ATP6V1C1敲除(KO)和过表达(OE)细胞系

重点核对

VAM (CAS 60-70-8) 作用浓度(1-40 μM, 20/100 μM)和时间(24-96h) TPP/TPCA实验条件(DMSO和VAM处理MDA-MB-231细胞裂解物,加热温度和时间) CETSA和ITC验证VAM直接结合ATP6V1C1(KD=1.17 μM) 溶酶体功能检测(LysoTracker, LysoSensor, DQ-BSA) 体内实验(VAM 3mg/kg,DOX 2mg/kg,给药频率)

摘要

Bioactive natural products are invaluable sources for drug discovery. Unraveling their molecular targets uncovers the mechanisms of action and provides novel targets for drug development. However, the current approaches for target identification fall short in terms of efficiency, due to the extensive list of candidates and limited functional clues. Here we pioneer a strategy that integrates thermal proteome profiling and thermal proximity co-aggregation (TPP-TPCA) for high-efficient target identification. By linking functional targets to downstream perturbed protein complexes, this strategy enables a functional validation of candidate targets. For the first time, we applied this strategy to pinpoint the target of a natural compound veratramine (VAM) with anti-proliferation properties. Notably, the TPP identifies ATP6V1C1 as a candidate target of VAM, while TPCA reveals the dissociation of vacuolar (V)-ATPase. By directly binding to ATP6V1C1, VAM inhibits V-ATPase catalytic activity and lysosomal acidification, ultimately disrupting the autophagic-lysosomal pathway essential for cancer cell survival. Bioinformatics analysis reveals that ATP6V1C1 expression is upregulated in a variety of tumors and serves as a hub gene in breast cancer. Overall, this work presents an efficient strategy for target identification, demonstrating its successful application in identifying ATP6V1C1 as a promising target for cancer treatment.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何高效鉴定天然产物分子靶点?藜芦胺(VAM)的抗增殖机制是什么?
核心机制
VAM直接结合V-ATP酶亚基ATP6V1C1,抑制V-ATP酶活性,导致溶酶体酸化和组织蛋白酶成熟受阻,阻断自噬溶酶体途径,最终抑制肿瘤细胞存活。
主要证据
TPP鉴定出ATP6V1C1为VAM的候选靶点,TPCA显示V-ATPase复合物解离;CETSA和ITC证实直接结合(KD=1.17 μM);VAM抑制V-ATPase活性(10μM时抑制90.24%),使溶酶体碱化,降低组织蛋白酶活性;体内实验中VAM增强阿霉素的抗肿瘤效果。
研究意义
ATP6V1C1高表达与多种肿瘤不良预后相关,可能成为乳腺癌潜在的治疗靶点或诊断标志物;TPP-TPCA策略为天然产物靶点鉴定提供了高效方法。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立细胞模型与初步表型验证

验证VAM的体外抗增殖作用并选择后续实验的细胞系

在三种人三阴性乳腺癌细胞系(MDA-MB-231, MDA-MB-436, BT-549)中用CCK-8检测细胞活力,用集落形成实验检测克隆形成能力。

2

TPP-TPCA策略靶标鉴定

无偏鉴定VAM的直接结合蛋白和下游受扰蛋白复合物

对MDA-MB-231细胞裂解液进行iTSA(简化版TPP)鉴定热稳定性变化的蛋白;对完整细胞进行TPCA分析蛋白复合物动态变化。

3

验证VAM直接结合ATP6V1C1

确认VAM与ATP6V1C1的直接结合及其对V-ATP酶活性的影响

通过CETSA、ITDRFCETSA和ITC验证结合,并用分离的大鼠肝溶酶体测定V-ATP酶活性。

4

评估溶酶体功能影响

检测VAM是否抑制溶酶体酸化和蛋白降解功能

使用LysoTracker和LysoSensor检测溶酶体酸性,DQ-BSA检测蛋白水解活性,Western blot检测组织蛋白酶成熟。

5

检测自噬流变化

评估VAM对自噬流的影响及其作用机制

通过Western blot检测LC3和p62水平,利用RFP-GFP-LC3报告基因和共聚焦显微镜分析自噬溶酶体形成。

6

体内药效验证

验证VAM是否增强化疗药物的抗肿瘤效果

建立GFP-RFP-LC3标记的MDA-MB-231异种移植瘤模型,单独或联合给予DOX和VAM,测量肿瘤体积、重量,分析肿瘤组织中的自噬和凋亡标志物。

7

生物信息学分析ATP6V1C1表达与预后

探究ATP6V1C1表达水平与肿瘤进展和预后的关系

使用TCGA和GTEx数据库分析ATP6V1C1在多种肿瘤中的表达,进行Kaplan-Meier生存分析和共表达网络分析。

8

基因编辑验证功能

验证ATP6V1C1在溶酶体功能和化疗敏感性中的作用

用CRISPR-Cas9敲除ATP6V1C1,用慢病毒过表达,检测溶酶体数量和化疗敏感性(流式细胞术检测凋亡)。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
藜芦胺MedChemExpress60-70-8
阿霉素MedChemExpress--
Torin1LC Laboratories--
氯喹Sigma--
巴佛洛霉素A1Sigma--
ATP6V1C1抗体Sino Biological106995-T36
ATP6Voa1抗体Proteintech13828-1-AP
ATP6V1A抗体Proteintech17115-1-AP
LC3抗体NovusNB100-2220
SQSTM1抗体ABclonalA11250
组织蛋白酶D抗体Santa CruzSC-6486
组织蛋白酶B抗体Santa CruzSC365558
LAMP1抗体Cell Signaling9091
cleaved caspase 3抗体Cell Signaling9661
细胞色素c抗体Cell Signaling4272
Rab5A抗体Cell Signaling46449
GAPDH抗体Cell SignalingD16H11
兔IgG抗体Cell Signaling7074
Alexa Fluor Plus 647山羊抗兔IgGThermo ScientificA32733
TMTpro™ 16plex标记试剂盒Thermo ScientificA44520
LysoTracker Red DND-99溶酶体红色荧光探针Thermo ScientificM22425
LysoSensor Yellow/Blue DND-160溶酶体pH荧光探针Thermo ScientificL7545
Hoechst 33342细胞核染料Thermo ScientificH1399
β-巯基乙醇Gibco21985-023
牛血清白蛋白Beyotime BiotechnologyST023
DQ-红色BSA蛋白酶底物Thermo ScientificD12051
Annexin V-FITC/PI凋亡检测试剂盒Yeasen Biotechnology40302ES
Lipo8000™转染试剂BeyotimeC0533
蛋白酶抑制剂混合物MedChemExpressHY-K0010
lentiCRISPR v2质粒Addgene52961
ATP6V1C1过表达质粒Obio Technology--
GFP-LC3-RFP质粒Addgene117413
EGFP-LC3质粒Addgene11546
LAMP1-mCherry质粒Addgene45147
ATP6V1C1重组蛋白Detai Bioscience--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养
细胞系来源(ATCC)、培养基(DMEM+10%FBS+1%P/S)、培养条件(37°C,5% CO2)
阅读提示:Materials and Methods: Cell culture
TPP-TPCA实验
细胞裂解液制备、VAM浓度(20/100μM)、加热温度(52°C)和时间(3min)、TPCA处理时间(0/2/4/8h)和温度梯度(37/46/55/61°C)
阅读提示:Materials and Methods: Thermal shift of TPP and TPCA
CETSA实验
VAM浓度(10μM)、处理时间(15min)、温度梯度、离心条件
阅读提示:Materials and Methods: CETSA assay
ITC实验
ATP6V1C1蛋白浓度(6μM)、VAM浓度(100μM)、实验温度(25°C)
阅读提示:Materials and Methods: Recombinant ATP6V1C1 expression and ITC titration assay
V-ATPase活性测定
溶酶体纯化方法(蔗糖密度梯度)、VAM浓度(1nM-10μM)、BAF阳性对照、反应缓冲液组成
阅读提示:Materials and Methods: V-ATPase assay
自噬流检测
VAM浓度(10μM)、处理时间(24h)、LC3B和SQSTM1抗体、RFP-GFP-LC3报告细胞系
阅读提示:Materials and Methods: Immunofluorescence; Figure 5
异种移植瘤模型
小鼠品系(裸鼠)、周龄(4-5周)、细胞接种数(2×10^6)、VAM剂量(3mg/kg,每2天)、DOX剂量(2mg/kg,每6天)、治疗时间(26天)
阅读提示:Materials and Methods: Xenograft assay