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辛辛那提大学管俊林团队揭示阻断自噬可促使HER2分泌至细胞外,从而抑制乳腺癌发生

已有 427 次阅读 2021-1-20 11:33 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流


北京时间2021年1月20日凌晨0时,美国辛辛那提大学管俊林团队在Developmental Cell期刊发表论文——“Autophagy blockade limits HER2+ breast cancer tumorigenesis by perturbing HER2 trafficking and promoting release via small extracellular vesicles”。


作者揭示阻断自噬可促使HER2分泌至细胞外,从而抑制乳腺癌发生。



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辛辛那提大学医学院肿瘤生物学系管俊林教授为通讯作者,郝旻罡博士为第一作者。本课题在NIH的资助下完成。


巨自噬(也称“自噬”,autophagy)是一种广泛存在于真核细胞中高度保守的细胞生物学现象,通过双层膜结构的自噬体“囊泡”将受损的细胞器和其他大分子物质等运送至溶酶体降解并再利用来维持细胞的稳态。自噬与肿瘤的发生、转移以及药物治疗耐受具有密切的联系。


该团队此前已报道,在小鼠乳腺癌模型(MMTV-PyMT,Luminal-B型;TP53/BRCA1缺失,TNBC型)中,特异性敲除或突变Fip200(自噬起始复合物“FIP200/ULK1/ATG13/ATG101”之一)可以显著抑制乳腺癌的发生。HER2+病人约占乳腺癌总病例数25%左右,而自噬与HER2+乳腺癌的关系却鲜见报道。


因此,该研究使用HER2驱动的乳腺癌小鼠模型(MMTV-Neu),在乳腺上皮细胞中特异性敲除(cKO)或突变(cKI)Fip200来阻断自噬发生。有趣的是,相较于MMTV-PyMT和TP53/BRCA1缺失型小鼠,自噬的阻断更为显著的抑制了HER2+肿瘤的发生:MMTV-Neu为(对照组T1/2= 43vs 敲除和突变组T1/2> 70周);MMTV-PyMT为(对照组T1/2= 8  vs 敲除组 9 )、TP53/BRCA1缺失型为(对照组T1/2= 22  vs 敲除组27 )(图一)。


通过对20、30、50甚至63周龄小鼠的乳腺上皮组织染色发现,阻断自噬后HER2的表达显著下降。体外实验中也发现了同样的现象,但不改变其mRNA表达,也与蛋白酶体和溶酶体降解途径无关。

 

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图一 MMTV-Neu小鼠无病生存期


通过对小鼠乳腺上皮组织和细胞系免疫荧光染色发现,对照组中HER2蛋白主要富集在细胞膜表面,阻断自噬后HER2更多的集中在细胞浆内,形成大量的HER2“颗粒”。

 

随后发现,自噬阻断后HER2并不是通过细胞膜内吞(Endocytosis)方式进入细胞浆,而是停留在高尔基体中。接着发现,自噬缺失后,细胞浆中的HER2“颗粒”更多的集中在早期内体(Early endosomes)、晚期内体(Late endosomes)或多囊体(Multiple Vesicular Bodies, MVBs)中的管腔囊泡(Intraluminal Vesicles,ILVs)中。(图二)

 

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图二 HER2与早期内体(Rab5Q79L)和ILVs(CD63)的共定位


由于ILVs为细胞小囊泡(也称外泌体)的前体,该研究组对相同细胞数量的小鼠原代细胞和Hela细胞培养液的外泌体检测发现,与细胞总蛋白分析结果相反,自噬阻断后外泌体中的HER2富集量显著高于对照组,不仅如此,也促使更多的ILVs富集在早期内体中并导致更多的外泌体分泌。


有趣的是,通过比较相同蛋白量和外泌体数量的外泌体后,自噬阻断后外泌体中的HER2表达依旧高于对照组。使用siRNA干扰Rab27a(调控外泌体释放的关键因子之一)的表达,发现抑制外泌体释放后,自噬缺失细胞中的HER2蛋白表达显著恢复。因此在该研究模型中,自噬缺失后,HER2的运输路径主要为高尔基体→早期内体→晚期内体(或MVBs)→外泌体。(图三)

 

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图三 HER2在自噬缺失前后的运输路径


综上,本项研究亮点有三:


1,以往的观点认为,自噬通过溶酶体降解途径为细胞提供能量维持细胞生长,不仅如此,自噬还可以调控某些蛋白的运输路径、在内体和外泌体中的富集以及外泌体的产生,延伸了自噬在细胞生物学中的功能;


2,在外泌体与肿瘤发生、发展的关系中,多数研究集中在外泌体对肿瘤微环境和远端器官“土壤”的调控,而对分泌外泌体的肿瘤细胞本身的影响却较少报道,该研究发现外泌体对癌细胞具有驱动作用的致癌因子(Driving force)的分泌可以抑制肿瘤的发生,对肿瘤的发生的机制提出了新的见解;


3,相对于其他类型乳腺癌,自噬可能成为对HER2+乳腺癌的临床药物治疗更有效的潜在治疗靶点。

 

相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2020.12.016




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