科研星球

Nature communications:靶向N-肉豆蔻酰化用于治疗B细胞淋巴瘤

下载.jpeg


2020年10月加拿大艾伯塔省埃德蒙顿亚伯达大学Luc G. Berthiaume于Nature communications发表文章Targeting N-myristoylation for therapy of B-cell lymphomas,其研究发现使用NMT抑制剂靶向B细胞淋巴瘤可能为淋巴瘤提供了一种额外的非常需要的治疗选择


血癌,如淋巴瘤占新的癌症病例和癌症相关死亡的全球〜9%。尽管患有淋巴瘤(BL)和弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)等侵袭性非霍奇金淋巴瘤的患者通常可以通过目前的疗法获得初步缓解,但这些都是有毒的,并且相当一部分患者经历疾病复发和过早死亡。美国国家癌症研究所(NCI)的监测,流行病学和最终结果的最新数据显示,相对于年龄匹配的对照组,非霍奇金淋巴瘤和DLBCL的5年诊断后存活率仅为70%和63%分别。因此,非常需要确定新的可治疗靶点和对侵袭性淋巴瘤耐受性更好的治疗方法。


虽然B细胞受体(BCR)信号传导对于正常B细胞功能是必需的,它经常失调,提供关键促存活信号,用于在两个BL和DLBCL B细胞淋巴瘤实际上,关键BCR效应子中自身抗原和/或突变的存在会影响BCR的不同信号传导模式。除了配体激活的BCR信号传导模式下,这些包括在活化的B细胞样DLBCL和慢性淋巴细胞白血病的慢性活动性BCR信号传导以及主音(抗原独立组成基线信号)BCR中的BL信号。典型地,所述BCR导致该受体的易位到含有肉豆蔻酰化的Src家族质膜脂筏的接合激酶(SFK)林恩。肉豆蔻酰化的Lyn在磷酸化相关的BCR CD79A-CD79B异源二聚体的基于酪氨酸的免疫受体基序(ITAM)选择酪氨酸残基导致的脾酪氨酸激酶(SYK)的募集。人类生发中心相关(的H-gal)蛋白是定位于脂筏另一个肉豆蔻酰化蛋白质并且在BCR活化磷酸化。磷酸化的H-gal通过增强SYK的激活和募集至磷酸化的ITAMs,引发Tec家族成员布鲁顿酪氨酸激酶(BTK)的酪氨酸磷酸化增强BCR信号,磷脂酶C Υ,和蛋白激酶Cβ 。激活的磷脂酶C ϒ活性产生二酰基甘油和肌醇三磷酸酯(IP 3),它们分别激活PKCs和从内质网存储动员钙离子。这些化学介质又激活了各种信号通路。所有这些早期信号传导事件通过经由调节激酶(ERK)促分裂原活化蛋白激酶,CREB的NFκB,PI3K,细胞外信号激活转录促进细胞存活和增殖,和NF-AT途径。BCR在淋巴瘤信号的重要性已经促使许多的药理学试剂的开发,其目标的BCR包括各种SFKs(达沙替尼)的下游效应蛋白,BTK(依罗替尼),和PI3Kδ(CAL-101)。


在人类中,蛋白豆蔻酰化由两个遍在表达的N-肉豆蔻转移酶,NMT1和NMT2,其添加14碳脂肪酸肉豆蔻到众多蛋白介导的。豆蔻在细胞信号传导的基础性作用,并允许蛋白与细胞膜的动态相互作用。肉豆蔻酰化发生在蛋白质的N末端甘氨酸残基上,或者在去除起始蛋氨酸后共翻译,或者在凋亡过程中caspase裂解后翻译后翻译。人体中多达600种蛋白形式被肉豆蔻酰化,这些蛋白质的正确膜靶向和功能需要肉豆蔻酰化。SFKs,Abl的,G α亚基,Arf的GTP酶,胱天蛋白酶截短的(CT-)投标,和CT-PAK2是肉豆蔻酰化蛋白质危重调节细胞生长和凋亡的实例。最近,NMTs也显示负责ARF6 GTP酶N末端位于赖氨酸残基的豆蔻酰化,从而增加了它们在细胞的角色信号。由于NMT对寄生虫的生存能力至关重要,因此开发了小分子抑制剂(如DDD85646)作为布氏锥虫NMT抑制剂来治疗非洲昏睡病。DDD85646也被合成并独立验证为人NMT的真正抑制剂,名称为IMP-366。因为NMT表达水平和活性在一些癌症增加,NMTs已经提出是抗癌靶点。但是,尚未系统研究NMT抑制剂在癌症中的作用。


本文中,作者在三个独立的屏幕中测试了涵盖所有主要癌症类型的300种癌细胞对PCLX-001对NMT抑制的敏感性。PCLX-001是NMT抑制剂DDD85646的口服生物利用度衍生物,对人NMT具有更高的选择性和效力。作者证明PCLX-001比抑制其他癌细胞类型或选择的正常细胞的生存能力和生长更有效地抑制了体外血液癌细胞的生存能力和生长。PCLX-001破坏了几种B细胞淋巴瘤细胞系中早期BCR介导的存活信号,并促进了许多肉豆蔻基化和非肉豆蔻基化BCR效应子的降解,从而引发了细胞凋亡。更重要的是,PCLX-001在三种淋巴瘤鼠异种移植模型中的两种中产生了剂量依赖性肿瘤消退和完全肿瘤消退,从而确立了NMT抑制剂作为癌症治疗剂的初始概念验证并支持其正在进行的临床前开发。

640.png

图1:与其他来源的癌细胞系相比,PCLX-001有选择地杀死血液学癌细胞系。

在此,作者报告发现血液学癌细胞,特别是B细胞淋巴瘤对新型pan-NMT抑制剂PCLX-001对肉豆蔻酰化抑制高度敏感。虽然杀死癌细胞与NMT抑制剂的概念已经提出,并在小范围测试,据作者所知,这项工作是这种方法的疗效在数百广度的原反倾销调查癌细胞系。作者证明,NMT抑制剂可以选择性地杀死癌细胞,其浓度低于杀死和抑制永生化和正常细胞增殖所需的浓度(图1e–h)。

640 (1).png

图2:PCLX-001在体外选择性抑制肉豆蔻酰化并诱导淋巴瘤细胞系凋亡。

在没有更多的正常细胞类型的细胞毒性试验的情况下,基于该治疗适应症的益处/风险,以有效剂量影响某些正常组织(例如,包括PBMC的血细胞)是可以接受的,而且并不罕见。作者的数据表明足够大的治疗窗口对于支持PCLX-001作为潜在的癌症治疗方法的发展至关重要。除了抑制B淋巴瘤细胞中大量豆蔻酰化蛋白的肉豆蔻酰化作用外(图2a,b),作者证明PCLX-001在抑制BCR信号方面特别有效,BCR信号是这些患者主要的淋巴瘤促生存途径。细胞。另外,PCLX-001 BCR信号传导抑制作用优于临床批准的SFK抑制剂达沙替尼和BTK抑制剂依鲁替尼。这可能部分解释了为什么PCLX-001在体外对恶性淋巴瘤细胞系也具有最广谱的效力。作者还显示PCLX-001抑制SFK,HGAL和Arf1的肉豆蔻酰化,并提高其降解率,而且出人意料地促进了非肉豆蔻化的存活BCR介体的降解,包括P-ERK,NFκB,c-Myc,CREB,甚至BTK(4a)。经PCLX-001处理的细胞在变得具有细胞毒性的浓度下仍保持至少75%的活力。较低的下游信号蛋白水平是否对应于垂死细胞中基因转录的减少或蛋白质降解增加是未知的。此外,PCLX-001还降低了BCR介导的钙动员,选择性地导致B细胞淋巴瘤细胞凋亡(图5)。尚不清楚将肉豆蔻酰化的丧失与钙稳态变化和抑制BCR介导的钙释放联系起来的机制。


下载 (1).jpeg

图4:PCLX-001处理可减弱BL2淋巴瘤细胞中的BCR下游信号传导事件。

内质网应激的增加是一种促凋亡现象,先前曾在用另一种NMT抑制剂处理过的细胞中显示。作者假定该ARF1 GTP酶的豆蔻酰化的抑制,无论是在其N-末端甘氨酸残基或附近的赖氨酸残基,以其膜靶向干涉和囊泡从而投放不利地影响慢性/补品或抗原依赖的BCR信号传导也妨碍。ER处适当Arf1功能的丧失也可能部分解释了PCLX-001处理后ER应激标记Bip的增加(4c)。


肉豆蔻酰化林恩(和其他SFKs)和的H-gal蛋白PCLX-001处理的细胞进一步凸显在适当的BCR这些膜结构域的信号的重要性(5) 。此外,PCLX-001介导的SFK的肉豆蔻酰化抑制不仅消除了它们的膜靶向性,而且还通过泛素-蛋白酶体系统促进了它们的降解,因为MG132处理导致SFK水平几乎完全恢复。虽然Casitas B谱系淋巴瘤家族通过E3泛素连接酶使蛋白酪氨酸激酶泛素化和降解是B细胞信号衰减的正常部分,N端甘氨酸残基最近也被证明是蛋白质的不稳定因素,代表了高度选择性的新型N-degron 。确实,在Timms等人的报告中。证明暴露于N端甘氨酸残基的非豆蔻酰化蛋白(包括Lyn,Fyn和Yes)被N端甘氨酸特异性Cullin RING连接酶2(CRL2)-ZYG11B / ZER1 N-degrons-泛素-蛋白酶体系统选择性降解。该系统对具有N端甘氨酸残基的蛋白质具有高度选择性,因为甘氨酸替代任何其他氨基酸会导致所得蛋白质的大量稳定化。这个新描述的N-降解决定子系统因此可以有助于与PCLX-001如SFKs,使H-gal,和ARF1(图治疗恶性淋巴瘤细胞系看出unmyristoylated蛋白的更快的降解)。它也可能部分解释为什么非myristoylatable Gly2Ala-Src的酪氨酸激酶突变和Gly2Ala-的H-gal以前显示出比他们的豆蔻酰化对应的蛋白质更稳定因为人工的N末端丙氨酸(Ala)残基会阻止甘氨酸(Gly)残基特异的CRL2-ZYG11B或CRL2-ZER1 N-degrons促进降解。

下载 (2).jpeg

图5:PCLX-001在B细胞淋巴瘤中的作用机制的模型。

因此,作者提出了一种PCLX-001在B细胞淋巴瘤中的作用模式的模型,借此抑制SFK(或其他蛋白,包括HGAL和Arf1)的肉豆蔻酰化作用不仅会导致膜靶向性丧失,而且还会导致膜蛋白的丧失。它们的蛋白水平,并因此通过遍在蛋白-蛋白酶体系统起作用(图3B),从而抑制了BCR信号的传播(5)。有趣的是,发现NMT1被Lyn,Fyn和Lck SFK磷酸化,而NMT1的磷酸化对于肉豆蔻酰化活性是必需的,因为不可磷酸化的Y100F-NMT1突变体失去了98%的催化活性。因此,PCLX-001介导的SFK的丢失可能进一步降低B淋巴瘤细胞中NMT1的活性,从而增强了生存信号的丢失和细胞凋亡。

下载 (3).jpeg

图7:在B细胞淋巴瘤异种移植模型中,PCLX-001处理可减少肿瘤体积并导致肿瘤完全消退。


除了依赖于肉豆蔻酰化的SFK,HGAL和Arf1蛋白的作用外,鉴于存在数百种已知的肉豆蔻酰化蛋白,PCLX-001介导的对淋巴瘤细胞生存力的影响也可能通过其他肉豆蔻酰化蛋白的功能丧失而发生。尽管作者仍然不知道为什么血液学癌细胞比其他类型的癌细胞更容易受到PCLX-001的侵害,但作者认为这可能与NMT1或NMT2表达的改变有关。对CCLE NMT1NMT2表达数据的分析显示,除了在某些癌症中过表达之外,NMT在其他癌症中,其表达水平实际上较低,其中许多是血液学原因。总之,这些观察结果表明血液癌细胞中NMT酶靶标数量的减少与这些细胞对PCLX-001的敏感性之间可能存在联系。改变的NMT水平是否会独自影响血液癌细胞的敏感性,或者是否可能与血液癌细胞的单个肉豆蔻酰化蛋白质组中的变异结合起作用,并且这些细胞对各种肉豆蔻酰化蛋白的细胞特异性依赖是否存活尚无定论众所周知。目前,作者实验室正在进一步研究这些可能性。此外,作者的癌细胞系筛选结果表明,PCLX-001在治疗白血病和骨髓瘤以及某些实体瘤(例如乳腺癌和肺癌)中有更广泛的应用潜力。


尽管PCLX-001仅在20 mpk的耐受剂量(图7)时才勉强有效,但作者证明它可以有效抑制体内肿瘤细胞的生长,从而导致三种疾病的主要或完全消退50 mpk有效剂量的人类淋巴瘤异种移植模型,包括对CHOP,利妥昔单抗和其他挽救疗法难治的淋巴瘤的完全反应。


总之,作者建立了初步的概念证明,即小分子NMT抑制剂PCLX-001在体外有效地和选择性地抑制了多种培养的癌细胞的生长,特别是对源自血液学癌症的细胞的作用包括B细胞淋巴瘤由于BCR介导的信号传导事件,它们的促存活信号的主要来源的损失。连同PCLX-001在体内B细胞淋巴瘤的临床前模型中惊人的功效,这些发现支持PCLX-001和相关NMT抑制剂作为B细胞淋巴瘤和可能的其他癌症疗法的正在进行的开发和潜在的临床试验。


原文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-020-18998-1


没有账号?