寫在前面

????????今天推薦的是由賓夕法尼亞州費城Sidney Kimmel醫(yī)學(xué)院癌癥生物學(xué)系在2019年12月18日發(fā)表于Cancer Research（2020IF：12.702，JCRQ1）的一篇文章，通訊作者是Karen E. Knudsen教授，研究表明USP22通過調(diào)節(jié)細胞增殖和DNA修復(fù)作為前列腺癌的致癌驅(qū)動因子。

研究背景

????????泛素特異性肽酶 22 (USP22) 的高表達與多種腫瘤類型的不良預(yù)后有關(guān)。新出現(xiàn)的證據(jù)表明，去泛素化酶USP22調(diào)節(jié)靶底物的轉(zhuǎn)錄激活和修飾，以促進促癌表型。

摘要部分

????????在這里，作者進行了腫瘤相關(guān)USP22上調(diào)的體內(nèi)表征和體外USP22調(diào)節(jié)功能的證明，表明USP22在前列腺癌中的關(guān)鍵作用。具體而言，臨床數(shù)據(jù)集證實USP22表達在前列腺癌中升高。在USP22過表達或敲低后，作者使用臨床相關(guān)的前列腺癌模型在USP22敏感的轉(zhuǎn)錄組和泛素組中觀察到細胞周期和DNA修復(fù)途徑的差異。USP22的敲低使細胞對基因毒性損傷敏感，來自USP22表達的小鼠模型的小鼠成纖維細胞進一步證實了USP22在響應(yīng)基因毒性損傷中的作用。作者進一步通過對USP22敏感的泛素組的分析，確定核苷酸切除修復(fù)蛋白XPC是USP22介導(dǎo)的對基因毒性損傷反應(yīng)的關(guān)鍵介質(zhì)。因此，由于USP22功能，XPC經(jīng)歷去泛素化并促進USP22介導(dǎo)的DNA損傷。綜合起來，這些發(fā)現(xiàn)揭示了USP22作為促腫瘤發(fā)生的功能，并對USP22在治療中的作用具有重要意義。

研究內(nèi)容

1.USP22改變發(fā)生在前列腺癌的各個階段，并與疾病進展相關(guān)

????????USP22的表達與腫瘤不良預(yù)后有關(guān)。然而，USP22在癌癥中的功能的潛在機制仍未了解。最近對基因組和轉(zhuǎn)錄組臨床標本研究的分析顯示，在原發(fā)性和晚期前列腺癌中觀察到USP22改變。前列腺癌細胞依賴AR進行增殖和存活，并且AR與c-Myc協(xié)同推動疾病進展。USP22調(diào)節(jié)AR和MYC活性，并且USP22 mRNA表達與AR和MYC mRNA表達呈正相關(guān)，進一步支持USP22在AR和MYC表達升高的腫瘤中的促癌作用。此外，與其他與疾病進展相關(guān)的致癌因素不同，USP22的改變與AR和MYC的改變同時發(fā)生，進一步表明USP22在前列腺癌進展中的功能。與之前的觀察結(jié)果一致，表明USP22表達對體外和體內(nèi)的去勢抵抗疾病(CRPC)維持至關(guān)重要，且USP22擴增或mRNA上調(diào)與初級無進展生存期降低相關(guān)。此外，隨著格里森等級的增加，USP22表達升高，說明USP22與侵襲性表型相關(guān)聯(lián)。最后，在臨床標本中，分析顯示USP22在mRNA水平上最常被擴增或上調(diào)。

研究結(jié)論：這些數(shù)據(jù)擴展了先前的發(fā)現(xiàn)，將USP22作為前列腺癌的促癌因子，進一步強調(diào)了識別USP22功能的必要性。

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2.USP22調(diào)節(jié)DNA損傷后修復(fù)因子的表達和存活

????????雖然最初的研究將USP22確定為AR和MYC的調(diào)節(jié)劑，但USP22促進疾病進展的總體機制仍不清楚。作者構(gòu)建了誘導(dǎo)USP22表達提高或下調(diào)的細胞。通過GSEA確定細胞周期和DDR相關(guān)通路發(fā)現(xiàn)兩者之間存在顯著差異，包括DNA復(fù)制、堿基切除修復(fù)、細胞周期、NER、錯配修復(fù)、同源重組和p53信號傳導(dǎo)。鑒于這些發(fā)現(xiàn)，在等基因模型中研究了對USP22下調(diào)和上調(diào)的細胞反應(yīng)。與對照相比，HT敏感（LNshUSP22）和CRPC（C42-shUSP22）細胞系中強力霉素誘導(dǎo)的USP22敲低分別使細胞生長降低了1.4倍和2.4倍。此外，與多西環(huán)素處理的對照相比，LN-shUSP22和C42-shUSP22在輻照后細胞生長下降。在CRPC細胞和HT敏感細胞中，輻照導(dǎo)致USP22敲低后細胞存活率降低。此外，響應(yīng)輻射的USP22過表達后存活率增加1.7倍，進一步表明USP22在對DNA損傷劑的反應(yīng)中的作用。由于USP22敏感轉(zhuǎn)錄組中的多個DNA修復(fù)途徑發(fā)生了改變，因此還使用化學(xué)治療劑順鉑研究了USP22敲低的反應(yīng)，順鉑可誘導(dǎo)鏈間和鏈內(nèi)交聯(lián)，最終導(dǎo)致雙鏈和單鏈斷裂。與對照相比，USP22敲低聯(lián)合順鉑處理使LN-shUSP22和C42-shUSP22模型中的細胞生長顯著降低。此外，在CRPC細胞中，USP22敲低降低了對順鉑的反應(yīng)，表明DNA損傷后細胞存活需要USP22。

研究結(jié)論：USP22在DNA修復(fù)因子表達和基因毒性損傷后細胞存活中的作用。

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3.USP22賦予體內(nèi)過度增殖表型和基因毒性損傷的生存優(yōu)勢? ? ?

????????觀察到USP22上調(diào)是原發(fā)性和晚期前列腺癌中最常見的USP22改變類型。因此，為了進一步描述USP22在腫瘤發(fā)展中的作用，設(shè)計了一種新型GEMM來模擬USP22體內(nèi)上調(diào)。將Rosa26-Lox-Stop-Lox (3XFLAGUSP22 ) GEMM與前列腺特異性Probasin-cre(PB-Cre4)小鼠交配后，Rosa26 (3XFLAGUSP22)小鼠在小鼠前列腺葉(PbCre/USP22)中表達3XFLAG-USP22，而沒有在WT小鼠中觀察到表達。雖然人USP22的表達沒有明顯改變蘇木精和伊紅染色的小鼠前列腺葉的組織學(xué)外觀，但通過Ki67的免疫染色，可以觀察到前部和腹側(cè)的前列腺細胞出現(xiàn)了過度增殖表型，進一步支持USP22在細胞周期調(diào)節(jié)中的作用，并與人類前列腺癌模型中發(fā)現(xiàn)的途徑一致。因此，人USP22在體內(nèi)的前列腺特異性表達支持USP22在驅(qū)動異常細胞增殖中的作用。

????????作者隨后構(gòu)建了GFP表達（GFP）或人USP22表達永生化MAF。與體內(nèi)高增殖表型一致，與GFP對照組相比，人USP22表達使hUSP22 MAF的相對細胞數(shù)增加了3.1倍。另一方面，hUSP22 MAFs與GFP MAFs相比，輻照后細胞數(shù)量和存活率明顯增加，進一步說明USP22在調(diào)節(jié)對DNA損傷劑的反應(yīng)方面的作用。由于前列腺癌模型顯示USP22敲低后對順鉑的敏感性增加，作者使用hUSP22 MAFs，一種腫瘤相關(guān)的USP22上調(diào)模型，在順鉑治療后顯示生存率增加。

研究結(jié)論：USP22中的臨床改變可驅(qū)動體內(nèi)過度增殖表型以及基因毒性損傷后的細胞存活。

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4.USP22敏感泛素組揭示DNA修復(fù)相關(guān)蛋白的修飾改變

????????上述數(shù)據(jù)表明USP22可能影響DDR相關(guān)通路。USP22作為去泛素化酶，從底物蛋白中去除泛素部分，從而影響下游信號通路。作者對具有USP22敲低(shUSP22)或USP22過表達(USP22)的LNCaP細胞進行Ubiscan分析以定義USP22敏感的泛素組，H2A和H2B都被證實在USP22調(diào)節(jié)后差異泛素化。USP22敲低后，與對照相比，許多DNA修復(fù)相關(guān)肽表現(xiàn)出增加的泛素化，包括非同源末端連接因子、DNA-PK以及NER因子、XPC和RAD23B。為了確定可能受USP22直接調(diào)節(jié)的變化，作者對數(shù)據(jù)進行了分析，僅包括在敲低USP22時泛素化增加和USP22過表達時泛素化減少的蛋白質(zhì)。在這些差異泛素化的USP22靶標中，鑒定了許多DNA修復(fù)蛋白，包括XPC和RAD23B。由于USP22敲低使細胞對順鉑敏感且USP22過表達導(dǎo)致順鉑耐藥性增強，NER傳感器XPC被指定為USP22酶功能的直接靶標，可能介導(dǎo)USP22依賴性DNA損傷反應(yīng)。

研究結(jié)論：對USP22敏感泛素組的分析確定了負責(zé)USP22介導(dǎo)的對基因毒性損傷的反應(yīng)的潛在USP22底物，并且NER通路的改變被確定為這些表型的基礎(chǔ)。

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5.USP22去泛素化核苷酸切除修復(fù)蛋白XPC，調(diào)節(jié)病灶形成? ? ?

????????NER蛋白XPC被鑒定為USP22敏感泛素組中去泛素化酶USP22的直接靶標。XPC負責(zé)通過其結(jié)合伙伴RAD23B和Centrin-2在全基因組NER中感知和識別DNA損傷。在有效的NER期間，XPC的DNA結(jié)合通過多泛素化增強，而這被去泛素化逆轉(zhuǎn)以促進受損病灶的有效修復(fù)。除了在NER中的作用外，在XPC敲低時觀察到對依托泊苷和γ輻射的敏感性增加，表明XPC在有效的DSB修復(fù)中發(fā)揮作用。另一方面，XPC中的種系突變也與侵襲性疾病和早發(fā)性前列腺癌有關(guān)。通過對USP22敏感泛素組的評估進行優(yōu)先排序，發(fā)現(xiàn)XPC在HT敏感LN-USP22hi和CRPCC42-USP22hi模型中與USP22相互作用。USP22和XPC之間的相互作用也發(fā)生在GEMM衍生的MAF、GFP和hUSP22細胞中。值得注意的是，雖然XPC蛋白水平在USP22調(diào)節(jié)后保持不變，但XPC被確認為USP22去多聚泛素化的下游靶標，因為在過表達USP22的前列腺癌細胞中觀察到多泛素化XPC減少。USP22在不增加蛋白質(zhì)半衰期的情況下誘導(dǎo)XPC去泛素化，表明USP22可能通過去多聚泛素化調(diào)節(jié)XPC活性。

????????為了探索這一假設(shè)，研究了XPC敲低對USP22過表達細胞的生物學(xué)影響。在測試的模型中，XPC敲低對細胞數(shù)量沒有影響。然而，XPC敲低使照射后細胞數(shù)量減少了1.3倍，這在USP22過表達后得到緩解，表明XPC在照射后的細胞反應(yīng)中發(fā)揮作用，可以通過USP22過表達來挽救。XPC活性通過識別DNA損傷和在受損病灶處的有效結(jié)合促進DNA修復(fù)，照射后染色質(zhì)上觀察到XPC增加，進一步表明DNA損傷后XPC活性增加。因此，與對照相比，還觀察到LNUSP22hi細胞中的XPC病灶形成增加。USP22敲低后，在LN-shUSP22和C42-shUSP22細胞中均觀察到XPC病灶形成減少，表明XPC病灶形成需要足夠的USP22表達。輻照處理后，與相應(yīng)對照相比，LNUSP22hi和C42-USP22hi細胞中的XPC病灶顯著增加，而LNshUSP22和C42-shUSP22中的XPC病灶減少，表明USP22在基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)XPC活性并響應(yīng)基因毒性損傷。此外，USP22的敲低導(dǎo)致環(huán)丁烷嘧啶二聚體（CPD，一種已知的NER底物）的不完全修復(fù)，在損傷后48小時，CPD增加了3.5倍。

研究結(jié)論：USP22通過XPC調(diào)節(jié)NER來調(diào)節(jié)對基因毒性損傷的反應(yīng)。

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結(jié)論與討論

????????總之，這些研究揭示了關(guān)于USP22在惡性腫瘤中的分子功能的新見解。所提交的數(shù)據(jù)表明，USP22在人類前列腺癌中是失調(diào)的， USP22有可能通過調(diào)節(jié)XPC來調(diào)節(jié)細胞增殖和DNA修復(fù)。這些發(fā)現(xiàn)確定了USP22驅(qū)動促癌功能的關(guān)鍵機制，并將USP22推定為一個有前景的治療靶標。

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Thank you!

原文鏈接：https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-19-1033