撰文 | 十一月
責編 | Qi
D型細胞周期蛋白是是細胞分裂周期的中心調節因子【1】，也是人類癌症中最常見的治療靶點之一，但關於D型細胞周期蛋白周轉的調節機制的研究仍然存在爭議【2, 3】。
近日，美國紐約大學格羅斯曼醫學院Michele Pagano研究組、賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院Luca Busino研究組合作發文題為CRL4AMBRA1 is a master regulator of D-type cyclins的文章，斯坦福大學Julien Sage研究組發表題為The AMBRA1 E3 ligase adaptor regulates the stability of cyclin D的文章，以及丹麥癌症協會研究中心Francesco Cecconi研究組、意大利班比諾中心Gesù兒童醫院Jiri Bartek研究組合作發表題為AMBRA1 regulates cyclin D to guard S-phase entry and genomic integrity的文章，這三篇背靠背發表在Nature上的文章揭開了這一爭議的最終答案，找到了D型周期蛋白的關鍵調節因子。
D型細胞周期蛋白包括cyclinD1、cyclinD2以及cyclinD3，通過激活CDK4以及CDK6促進細胞分裂，進而使RB家族的蛋白質磷酸化和失【1】。迄今為止，CUL1-RING泛素連接酶複合物中七個底物受體FBXO4、FBXO31、β-TrCP、FBXW8、SKP2、FBXL2、FBXL8以及APC/C複合物（Anaphase-promoting complex/cyclosome）曾經都被認為是靶向D型周期蛋白進行降解的因子【3】。但是先前的研究表明，在細胞中刪除CUL1-RING泛素連接酶複合物中的一個或者幾個因子或者是敲除APC/C複合物活性並不會影響cyclinD1的穩定性【2】。該結果說明，細胞中一定還存在其他一個或者幾個泛素連接酶會靶向D型細胞周期蛋白。
為了找到D型細胞周期蛋白周轉的關鍵調節因子，作者們進行了三種不同方式的篩選（圖1）。首先，作者們使用靶向CUL1-RING泛素連接酶複合物的抑製劑對細胞進行處理後，發現cyclinD1以及cyclinD3的蛋白水平以及磷酸化修飾的蛋白水平均會穩定積累，與先前的研究是一致的。隨後作者們使用短干擾RNA的方式穩定表達熒光標記的cyclinD1，通過轉染寡核苷酸靶向DCAFs（DDB1-CUL4-associated factors），通過該方式鑒定得到了五個靶點。其中四個靶點（(AMBRA1、DDA1、ERCC8、TOR1AIP2）在兩種細胞系篩選實驗中均被篩選得到。第二步，作者們通過蛋白質組的方式鑒定發現了六個與野生型cyclinD1相互作用，但是與泛素介導的降解過程不敏感的cyclinD1突變體之間不存在相互作用。其中，只有AMBRA1的確是通過泛素連接酶與底物之間的結合方式與cyclinD1進行相互作用的，因為它們之間的相互作用不會受到MG132等蛋白酶體抑製劑的影響。最後，作者們進行了一個全基因組的CRISPR-Cas9的篩選，其中發現了兩個可能會作為底物受體的蛋白。作者們發現AMBRA1是唯一一種在三種篩選中均存在的因子。
圖1. D型細胞周期蛋白調節因子的三種篩選方案鑒定cyclinD1的調節因子是AMBRA1
隨後作者們發現AMBRA1的確會靶向D型細胞周期蛋白cyclinD1進行降解。敲除AMBRA1而非其他的泛素化連接酶會誘導內源cyclinD1以及cyclinD3的積累和穩定。使用生長素誘導的降解子系統【4】，作者們進一步證實了在細胞中內源降解AMBRA1會誘導cyclinD1的累積。
與其他作為腫瘤抑制因子的底物受體類似，AMBRA1顯示出癌症相關突變的特徵，這說明AMBRA1可能是一個腫瘤抑制基因【5】。通過分析癌症基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas）數據庫作者們發現低AMBRA1水平的確與多種腫瘤的預後較差有很大的相關性。而且作者們發現AMBRA1缺失會降低細胞對CDK4/6抑製劑的敏感性。AMBRA1敲除小鼠中，D型細胞周期蛋白與CDK4之間的相互作用會顯著增加。隨後作者們將對照組以及AMBRA1敲除瀰漫性大B細胞淋巴瘤細胞進行腫瘤移植實驗，並對小鼠進行帕博西尼（palbociclib，CDK4/6激酶抑製劑）的處理，作者們發現AMBRA1敲除來源的腫瘤會顯著的減小，而且高濃度的帕博西尼處理的效果會更加顯著。
總的來說，該工作發現並通過多種方式聯合鑒定出了D型細胞周期蛋白的關鍵調節因子AMBRA1，並且發現在正常細胞、癌細胞以及發育中的小鼠胚胎中，AMBRA1缺失會導致D型細胞周期蛋白水平的上升（圖2）。與具有正常數量AMBRA1的細胞相比，這導致RB1磷酸化水平增加以及細胞增殖能力的增加。另外，作者們還發現AMBRA1敲除會提高轉錄因子蛋白N-MYC的水平，MYC家族蛋白可上調D型和E型細胞周期蛋白，從而加速細胞周期進程。這些研究表明，AMBRA1是一種抑瘤蛋白，在將來可能會作為腫瘤治療的關鍵靶點而發揮作用。
圖2. 工作模型
這三篇工作背靠背地發現了D型細胞周期蛋白的關鍵調控因子，當期配發了相應的觀點文章Path to destruction for a cell-division regulator，對該工作進行了高度評價，而這一機制可能正是某些人類腫瘤對抑製劑治療缺乏反應的原因。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41586-021-03445-y
https://doi.org/10.1038/s41586-021-03474-7
https://doi.org/10.1038/s41586-021-03422-5
製版人：十一
參考文獻
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4. Natsume, T., Kiyomitsu, T., Saga, Y. & Kanemaki, M. T. Rapid Protein Depletion in Human Cells by Auxin-Inducible Degron Tagging with Short Homology Donors. Cell reports 15, 210-218, doi:10.1016/j.celrep.2016.03.001 (2016).
5. Davoli, T. et al. Cumulative haploinsufficiency and triplosensitivity drive aneuploidy patterns and shape the cancer genome. Cell 155, 948-962, doi:10.1016/j.cell.2013.10.011 (2013).
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