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经典非组蛋白 eEF1A 甲基化可促进肿瘤发生
2019-01-11 09:19   来源: 武汉爱博泰克生物科技有限公司  点击次数: 关键词: 非组蛋白 eEF1A 甲基化 肿瘤
基本信息

题目:METTL13 Methylation of eEF1A Increases Translational Output to Promote Tumorigenesis
期刊:Cell
影响因子:31.398
合作单位:斯坦福大学/德克萨斯大学 

ABclonal 合作技术:eEF1AK55me1、eEF1AK55me2、eEF1AK55me3 抗体定制

研究背景
赖氨酸甲基化是一种常见的蛋白翻译后修饰,赖氨酸甲基化是在赖氨酸侧链的ε-氮上加入 1 个,2 个或者 3 个甲基,形成单甲基,二甲基和三甲基化衍生物(me1,me2 和 me3)。这一过程由赖氨酸甲基转移酶(KMT)催化完成。赖氨酸甲基化的生物学功能表征在组蛋白上、表观遗传学和染色质生物学的调节,如组蛋白甲基化,包括 H3K4,H3K9,H3K36 和 H3K79 等,这些修饰通过调控表观遗传学参与了生长发育和疾病,特别是肿瘤的发生发展。除了组蛋白之外,人们越来越多的认识到非组蛋白(如 p53,RB,RelA)受赖氨酸甲基化调节。
2019 年 1 月 3 日,斯坦福大学 Or Gozani(该课题组一直引领非组蛋白甲基化研究,刚刚在 Naure 上报道了哺乳动物中的组氨酸甲基转移酶)及德克萨斯大学 Mazur (共同通讯作者)在 国际顶级期刊Cell 发表「METTL13 Methylation of eEF1A Increases Translational Output to Promote Tumorigenesis」的研究论文,该论文证明了 METTL13 作为 eEF1A 第 55 位赖氨酸的二甲基化酶的功能,并发现 METTL13 通过提高蛋白翻译的效率从而促进癌症发生的作用机制。

 

肺癌是全球癌症相关死亡的一种常见疾病,每年造成一百万以上的人死亡,肺腺癌(LAC)是最常见的组织学类型。胰腺癌也是一种致命的恶性肿瘤,超过 75% 患者在诊断的前 12 个月内死亡,5 年生存率低于 5%,胰腺导管腺癌(PDAC)是最常见的胰腺癌亚型。

研究结果

1、METTL13作为候选的 eEF1A的K55 二甲基转移酶

eEF1A是一类GTP酶,主要参与翻译的延伸过程。eEF1A有eEF1A1和eEF1A2两个旁系同源基因。eEF1A1在癌组织中的表达量显著高于正常组织,在癌症中eEF1A2会被重新激活,eEF1A的过表达促进了RAS-MAPK和PI3K-AKT信号通路驱动的癌症,包括肺癌和胰腺癌。eEF1A有多个甲基化位点, K55二甲基化在多个癌细胞中升高,而相关的催化酶却一直未得到鉴定。
作者首先通过通过LC-MS / MS对7种细胞中eEF1A 甲基化情况进行检测分析,发现> 98% 的 eEF1A1 / 2 在 55 位的赖氨酸(K55)会被甲基化修饰,其中一小部分 K55 未经修饰或是单甲基化。使用 eEF1AK55me1-3 抗体对不同 eEF1A甲基化肽进行检测。在敲低 METTL13 的细胞中,eEF1AK55me2 的信号随之减少,说明 METTL13 调节 eEF1AK55二甲基化。然后使用 CRISPR 方法对细胞内的 107 个甲基转移酶(KMTs)构建了敲除细胞系,通过制备的特异性 anti-eEF1AK55me2 抗体进行 Western Blot 检测,发现只有在敲除 METTL13 甲基化转移酶的细胞内的eEF1AK55me2 水平显著降低。


Figure 1. Identification of METTL13 as a Candidate eEF1A Lysine 55 Methyltransferase

 
2、METTL13 促进 eEF1AK55me2 的产生

通过体外甲基化修饰反应体系,证明 METTL13 促进 eEF1A 的甲基化,且主要是二甲基化。METTL13 含有两个甲基转移酶(MTase)结构域,一个位于 N 末端,一个位于 C 末端,通过缺失实验证明 N 端 MTase 1 结构域是活性结构域。METTL13 的 G58 位点对于其甲基化转移酶活性是必须的。


Figure 2. In Vitro Methylation of eEF1A at Lysine 55 by METTL13

3、METTL13 促进 eEF1A 的 K55 甲基化,是维持生理水平的 eEF1AK55me2 所需。但是 METTL13 不会使四个核心组蛋白甲基化(H3,H2A,H2B 和 H4)。


Figure 3. The Principal Physiologic Activity of METTL13 Is eEF1AK55 Methylation

 
4、METTL13 和 eEF1AK55me2 在胰腺癌中高表达并促进胰腺癌细胞的增殖

IHC 结果显示 METTL13 和 eEF1AK55me2 在胰腺癌病变组织中表达,但在正常组织中没有表达。而 Western Blot 结果表明,胰腺癌和肺癌细胞中 METTL13 和 eEF1AK55me2 表达水平比正常细胞高。实验结果说明 METTL13 可能作为潜在的抗癌药物设计靶点。


Figure 4. METTL13 and eEF1AK55me2 Promote Cancer Cell Proliferation

 
5、METTL13 介导的 eEF1AK55 二甲基化增强细胞中的蛋白质合成

作者通过一系列的实验证明,K55me2 提高了 GTP 酶活性和细胞中的蛋白质产生,促进了肿瘤的生长。


Figure 5. METTL13-Mediated eEF1AK55 Dimethylation Enhances Protein Synthesis in Cells

 
6、METTL13 缺失抑制体内 KRAS 驱动的胰腺和肺肿瘤发生

通过 IHC、HE 等实验,对动物实验样本进行检测,这些数据证明 METTL13 在体内作用于 KRAS 驱动的胰腺和肺肿瘤发生。METTL13 缺失和 eEF1AK55me2 损失显著降低了小鼠模型和来自原发性胰腺和肺肿瘤的患者的异种移植物(PDX)中 Ras 驱动的肿瘤生长。在敲除 METTL13 的细胞中,抑制 PI3K-mTOR and MAPK pathways 后癌细胞的增殖会被进一步的抑制。因此这些抑制剂与 METTL13 的抑制剂联合使用,为肿瘤的靶向治疗提供了新的思路。



Figure 6. METTL13 Deletion Represses KRAS-Driven Pancreatic and Lung Tumorigenesis In Vivo

文章小结

该研究确定 eEF1AK55 的甲基化作为调节翻译延伸和促进肿瘤发生的机制,揭示了 METTL13-eEF1AK55me2 轴识别为生长信号驱动的恶性肿瘤的新通路,并为临床 METTL13 抑制剂的未来发展提供分子基础。



解析文献

METTL13 Methylation of eEF1A Increases Translational Output to Promote Tumorigenesis

参考文献

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