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发表于 2018-12-5 22:30:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
Nature communication:突变型P53影响外泌体足糖萼蛋白水平促进肿瘤侵袭


作者:海鸥
前言:野生型P53蛋白功能的缺失是肿瘤发生和恶化进程中的重要标志。这种蛋白功能缺失可能是由野生型P53基因突变,或者是P53基因缺失造成。在以往的研究中,研究人员构建了一种用来模拟李-佛美尼综合症(Li-Fraumeni syndrome)的小鼠模型,其野生型P53基因被突变型P53取代。在这种小鼠体内诱导原发胰腺癌,P53突变能使得其肿瘤的侵袭能力增强,发生严重的肿瘤转移,提示P53突变相关的肿瘤恶化是由肿瘤细胞迁移能力增强导致的。
整合素通过与胞外基质相互作用,在肿瘤细胞迁移行为中起到了重要作用。据报道,Rab蛋白,和其相关偶联蛋白RCP(Rab-coupling protein)能调控整合素经内体途径的胞内循环和质膜表达,而P53突变能促进这一进程。同时,肿瘤胞外基质的特征也与疾病进展,预后和化疗抵抗息息相关,近年来被广泛关注。经内体途径循环产生的整合素能调控胞外基质中的蛋白的积聚和重构,进而影响肿瘤向癌旁组织的侵袭。
原发肿瘤分泌的物质还能影响肿瘤转移灶局部的胞外基质,包括胞外囊泡,外泌体和其他分泌性蛋白。例如,黑色素瘤来源的外泌体能招募骨髓中的干细胞至肺部,引起肺部胞外基质的改变;胰腺癌来源的外泌体能促进肝部kupffer细胞大量分泌TGFβ,导致纤连蛋白在肝部的累积。尽管如此,原癌基因的促转移作用仍未阐述清楚。
最近,Nature communication杂志发表了来自英国格拉斯哥大学的研究人员的成果“Mutant p53s generate pro-invasiveniches by influencing exosome podocalyxin levels”,揭示了P53突变的原发肺癌通过外泌体传递突变功能,引起肿瘤的原位侵袭和远端转移,并对相关机制进行了探讨。
研究思路:
在这项研究中,研究人员首先比较了不表达P53基因的肺癌细胞系H1299(H1299-p53−/−)和表达P53突变体的肺癌细胞系H1299(H1299-p53R273H)之间肿瘤侵袭能力差异,发现H1299-p53R273H的侵袭能力明显强于H1299-p53−/−。但是,将两种细胞共培养后,H1299-p53−/−具有和H1299-p53R273H一样的侵袭能力,提示突变的P53促侵袭作用可能是由细胞的分泌性物质导致。
于是,研究人员收集了H1299-p53−/−和表达P53突变体p53273或p53175H H1299细胞来源的外泌体。对比这三类外泌体的形态特征,表达量和基本表达组分,发现P53突变不会对此产生影响。接着,研究人员将三类外泌体加入到H1299-p53−/−细胞中,发现与p53−/−来源的外泌体相比,p53273和 p53175H来源的外泌体能使整合素α5β1, cMET and TfnR的循环利用率升高,肿瘤细胞迁移的速度升高。当使用DGKα的抑制剂R59022后,这一现象消失,证明P53突变的细胞来源的外泌体能促进肿瘤侵袭,这一过程依赖于RCP/DGKα介导的受体循环通路(F1)。
Figure 1:
那到底是外泌体上的何种组分介导了这一效应呢?研究人员通过蛋白质组学的手段筛选到一种足糖萼蛋白(Podocalyxin,PODXL),其表达在p53273或p53175H外泌体中显著降低。同时,在p53273或p53175H H1299细胞中,PODXL的RNA和蛋白表达水平也显著下调。更令人惊喜的是,当PODXL过表达时,p53273和 p53175H来源的外泌体不再能使整合素α5β1, cMET and TfnR的循环利用率升高,肿瘤细胞迁移的速度也不再升高(F2)。
已有文献报道Rab35能与PODXL结合,使其包装至质膜上。研究人员于是进行了IP实验,发现p53273 H1299细胞内Rab35与PODXL的结合更弱。将Rab35干扰了之后,研究人员发现膜表面的PODXL减少,但却能在外泌体上检测到更多的PODXL蛋白。将PODXL上与Rab35的胞内区突变后,也发现了相同的现象。然而,干扰Rab27却没有发现这种变化。更为重要的是,将Rab35干扰能明显减弱p53273和p53175H来源的外泌体介导的迁移速度升高的现象(F3)。
Figure 2:
Figure 3:
由于肿瘤细胞胞外基质中主要是成纤维细胞,所以研究人员接下来在成纤维细胞上开展了相同的实验。实验结果显示p53273和 p53175H来源的外泌体也能使成纤维细胞的整合素循环利用率升高,细胞迁移的速度升高。p53273和p53175H来源的外泌体甚至还能影响成纤维细胞的丝状纤维生成,模拟胞外基质侵入实验也显示p53273和 p53175H组的成纤维细胞的侵袭能力更强。并且,上述现象都依赖于Rab35和PODXL。
接着,研究人员利用了KRas持续活化的KPC小鼠胰腺癌模型,分别设置P53缺失和P53突变两组。研究人员惊奇地发现P53突变组小鼠肝脏和肺脏出现了肿瘤转移,而P53缺失组未发现。利用SHG实验比较未转移前的血管周围组织和肺组织,也发现P53突变组的ECM发现了重构(F4)。
最后,这种现象是否存在于人体内呢?研究人员收集了三类人胰腺癌细胞系的外泌体,包括P53突变的SQ1细胞,和P53缺失的SQ2,SQ3细胞。结果显示仅SQ1细胞来源的外泌体能促进成纤维细胞的侵袭能力,而将SQ1细胞内突变的P53干扰了之后,胞内PODXL的表达水平升高,促侵袭的能力消失。
Figure 4:

总结:
众所周知,P53作为抑癌基因,其功能在肿瘤领域被广泛研究和报道。基于P53突变能促进RCP/DGKα内体循环途径,进而促进肿瘤侵袭的研究结果,研究人员发现了P53突变的细胞来源的外泌体能传递P53突变体的功能,发挥促侵袭作用。机制上,在P53突变的细胞中,Rab35与PODXL的结合减弱,PODXL不能被整合至外泌体上。使用DGKα抑制剂,干扰Rab35和过表达PODXL均能逆转P53突变的细胞来源的外泌体的促侵袭作用。在体内小鼠胰腺癌模型中,P53突变的细胞来源的外泌体可以改变血管周围组织和肺组织胞外基质,促进肿瘤的肺转移和肝转移。在人的胰腺癌细胞系的实验中,也能发现P53突变的细胞来源的外泌体的促侵袭作用。这项研究创造性地发现了P53突变的细胞来源的外泌体的促侵袭功能,赋予了P53蛋白在细胞间通讯的新的功能,为肿瘤转移的临床检测提供了新的标志物。


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