华中科技大学任佃云/吴河水/赵晓艳发现胰腺癌进展的调控新机制

近日，华中科技大学任佃云、吴河水及赵晓艳共同在《EMBO Journal》发表了题为“MST2 methylation by PRMT5 inhibits Hippo signaling and promotes pancreatic cancer progression”的研究论文，该研究证明蛋白质精氨酸甲基转移酶5（PRMT5）有助于在胰腺癌中关闭Hippo信号通路。该研究展示了Hippo信号通路的启动器丝氨酸/苏氨酸激酶3（STK3，也称为MST2）可以在其SARAH域的精氨酸-461（R461）和精氨酸-467（R467）位置被PRMT5对称二甲基化。甲基化通过阻止其同源二聚化，抑制了MST2的自磷酸化和激酶活性，从而在胰腺癌中使Hippo信号通路失活。此外，该研究还展示了特定的PRMT5抑制剂GSK3326595重新激活了受损的Hippo信号通路，并抑制了人类胰腺癌异种移植在免疫缺陷小鼠中的生长，因此暗示了PRMT5抑制剂在胰腺癌中的潜在临床应用。

研究背景

Hippo信号通路早是通过遗传筛选从黑腹果蝇中发现的，它是一个进化上高度保守的激酶介导的信号级联，调节细胞增殖和分化。经典Hippo通路的核心成分包括丝氨酸/苏氨酸激酶哺乳动物ste -20样激酶1/2 (MST1/2，果蝇Hippo)和大肿瘤抑制因子1/2 (LATS1/2)，它们的支架蛋白Salvador同源物1 (SAV1)和Mps one binding 1 (MOB1)，以及转录共激活因子YAP/TAZ。特别是，Hippo信号通路的启动子MST1/2可以通过其SARAH结构域形成同型二聚体，然后在结合伙伴SAV1的帮助下，自磷酸化激活在苏氨酸-12 (T12)和苏氨酸-35 (T35)处的MOB1，在疏水基序(HM)处的LATS1/2磷酸化。其次，激活的LATS1/2促进YAP/TAZ磷酸化，减少YAP/TAZ核易位，促进其泛素化降解，从而抑制下游靶基因的转录表达。因此，MST1/2活性的调控，包括同型二聚体的形成和自磷酸化水平，对于Hippo信号通路的启动至关重要。

近年来，胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adencarcinoma, PDAC)的研究取得了重大进展。然而，PDAC仍然是致命的癌症类型之一，因为这种疾病的无症状性和缺乏治愈的治疗方式，总体5年生存率仅为7-8%。PDAC通常会对常规化疗或靶向治疗产生耐药性，因此有必要探索新的治疗方式来改善PDAC患者的预后。Hippo通路的主要下游效应物YAP/TAZ越来越被认为是一个重要的癌基因，它们的丰度和活性在许多类型的癌症中都明显升高，包括PDAC。YAP在PDAC的多个方面具有较强的致癌作用。YAP通过转录MYC并在kras驱动的PDAC中与MYC合作，调控代谢基因的转录和代谢重编程。YAP诱导髓源性抑制细胞(myelid -derived suppressor cells, MDSCs)分化浸润，形成PDAC的免疫抑制微环境。此外，YAP/TAZ激活可促进肿瘤生长、转移，并对化疗、免疫治疗和靶向治疗产生耐药性。重要的是，被鉴定为肿瘤抑制因子的YAP/TAZ的上游Hippo信号在许多肿瘤中经常失活，包括PDAC，这不能抑制YAP/TAZ的致癌作用。因此，恢复YAP/TAZ上游Hippo信号对于抑制YAP/TAZ激活和PDAC进展具有重要意义。

研究发现

在本研究中，研究人员发现MST2在c端SARAH结构域的R461和R467处被PRMT5催化对称二甲基化。prmt5介导的MST2的R461和R467甲基化通过阻断MST2同二聚化抑制其自磷酸化和激酶活性，从而失活Hippo信号通路，促进胰腺癌细胞的体外增殖。此外，PRMT5抑制剂抑制小鼠胰腺癌的进展，这与重新激活的Hippo信号通路有关。这些发现揭示了Hippo信号通路失活的新机制，为临床应用PRMT5抑制剂治疗胰腺癌提供了新的思路。

研究还发现，MST2在R461和R467位点发生甲基化，这两个位点正好位于SARAH结构域内，这阻止了MST2同型二聚体的形成，从而抑制了MST2在Thr180位点的自磷酸化。有趣的是，之前的研究表明，只要MST1/2的激酶结构域足够接近以达到有效的局部浓度，而不是特定的蛋白组装，就可以触发MST2的自磷酸化，这表明SARAH结构域对MST2的自磷酸化不是必需的。但目前普遍认为MST2仅依赖于SARAH结构域来增加细胞内激酶结构域的接近性。与之前的报道一致，本研究表明SDMA阻断MST2的同源二聚化，从而导致更远的激酶结构域邻近和较少的自磷酸化。此外，MST2的SARAH结构域被认为是一种通用的结合伴侣，也可以与其他含有SARAH结构域的蛋白形成异二聚体，如MST1、RASSF和SAV1。在这里研究人员只深入讨论了MST2甲基化对其同源二聚化的影响，因为研究人员认为两个单体的甲基化比一个单体的甲基化对二聚化有更大的抗性。

在本研究中，研究人员发现由PRMT5催化的对称二甲基化的MST2失去了自磷酸化能力和激酶活性，导致Hippo信号通路从源头失活，从而促进胰腺癌的进展。值得注意的是，本研究并不是报道Hippo信号通路成分在蛋白质翻译后被修饰的研究。研究人员表明，氧化应激- cbp信号轴诱导MOB1乙酰化，促进Hippo信号通路的激活。其他研究人员发现SET1A可促进YAP1在K342位点的单甲基化，从而调节其激活，导致肿瘤发生。YAP1也可以分别被CBP/p300和SIRT1在赖氨酸494和497处乙酰化和去乙酰化。而本研究从源头上揭示了Hippo信号通路失活的新机制，为重新激活失调的Hippo信号通路，抑制胰腺癌进展提供了新的思路。

PRMT5如何失活Hippo信号通路并促进胰腺癌进展的调控机制

研究意义

本研究表明，特异性PRMT5抑制剂GSK3326595可重新激活失调的Hippo信号通路，抑制免疫缺陷小鼠人源性胰腺癌异种移植物的生长，进一步为PRMT5抑制剂在胰腺癌中的临床应用奠定了理论基础。