易突变RAS残基的乳酰化模拟致癌突变并驱动组成性激活

背景：野生型RAS的高表达有助于肿瘤发生，但其不依赖突变的过度活跃的机制仍不清楚。乳酰化是一种源自乳酸的翻译后修饰，已成为癌症中的一种调节因子，但其在RAS激活中的作用尚不清楚。在此，我们研究了RAS在特定残基上的乳酰化是否驱动其组成性激活及其潜在机制。方法：通过质谱法鉴定了RAS上的乳酰化位点。采用位点特异性乳酰化系统在K117和K147位点将乳酰赖氨酸引入RAS。通过分子动力学模拟分析结构效应。通过GTP结合和GTPase实验评估RAS活性；使用泛素化突变体和放线菌酮追踪评估蛋白质稳定性。通过体外乳酰化和去乳酰化实验确定了负责的酶。通过集落形成、乳腺球实验和异种移植模型测试了功能影响。在乳腺癌组织和生存数据库中检查了临床相关性，并通过将降乳酸药物与MEK抑制剂联合评估了药物协同作用。结果：我们报道RAS在K117和K147位点被乳酰化，这两个残基在癌症中发生突变。机制上，RAS乳酰化由TIP60催化，由SIRT2逆转。这些残基的乳酰化通过破坏GTP相互作用、损害内在鸟苷三磷酸酶(GTPase)活性以及竞争性拮抗K147位点的K48连接泛素化以稳定RAS，再现了致癌突变的特征。功能上，RAS乳酰化促进了恶性转化和肿瘤发生，模拟了相同位点的致癌突变。抑制乳酸产生使乳酰化RAS驱动的癌细胞对靶向RAS突变的药物敏感，揭示了一种治疗脆弱性。临床上，RAS乳酰化在乳腺癌组织中升高，并与不良预后相关。通过使用位点特异性乳酰化系统，我们进一步证实了单独的乳酰化模拟了突变驱动的RAS激活。结论：我们的研究将乳酰化重新定义为一种功能性“突变模拟”机制，它不仅再现了致癌突变的效果，而且弥合了癌症中遗传和表观遗传驱动因素之间的差距。这表明单独靶向乳酰化途径或与突变导向疗法联合，是治疗野生型RAS驱动癌症的一种有前景的策略。