重新思考蛋白质抑制剂治疗癌症的方法

一种新方法使研究人员能够增加或降低细胞内某种转移蛋白抑制剂(BACH1)的数量，这可能为癌症研究提供新的途径，重新评估蛋白质的有效性。

　　

div data-thumb="https://scx1.b-cdn.net/csz/news/tmb/2023/rethinking-the-protein-2.jpg" data-src="https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/hires/2023/rethinking-the-protein-2.jpg" data-sub-html="Two-step strategy for repeatable site-specific gene circuit integration. a, Network diagram of regulatory interactions and phenotypic impacts for native and ectopic BACH1. ‘BACH1e’ indicates the ectopic BACH1 gene introduced and controlled via the mNF gene circuit, whereas ‘BACH1n’ indicates the native BACH1 gene; ‘BACH1p’ indicates the BACH1 protein. The same notation applies to RKIP. b, A phenotype as a function of the mean and/or variability of one or more protein’s levels defines a phenotypic landscape. Conventional therapy assumes monotone phenotypic landscapes. However, uncovering the actual landscape requires protein-level tuning. c, Schematic diagram of the two-step strategy for repeatable AAVS1 site-specific integration of genetic payloads, such as synthetic gene circuits. Left: LP insertion into AAVS1 with CRISPR–Cas9. Right: RMCE-based LP-specific integration of the mNF gene circuit that controls the expression of the eGFP::BACH1 bifunctional fusion. Step 2 is repeatable by using different selection markers. espCas9, enhanced specificity SpCas9; NeoR, neomycin resistance gene. d, Synthetic mNF gene circuit for dox-controlled tuning of the TetR co-expressed with either the GFP reporter (mNF-GFP) protein levels or GFP::BACH1 fusion (mNF-BACH1) protein levels after site-specific integration. KS, Kozak sequence; TetO, tetracycline operator. Credit: Nature Chemical Biology (2023). DOI: 10.1038/s41589-023-01344-z"

可重复位点特异性基因电路整合的两步策略。 一个，本地和异位BACH1调控相互作用和表型影响的网络图。' BACH1e '表示通过mNF基因回路引入和控制的异位BACH1基因，而' BACH1n '表示原生BACH1基因;' BACH1p '表示BACH1蛋白。同样的符号也适用于RKIP。 b表型作为一种或多种蛋白质水平的平均值和/或可变性的函数定义了表型景观。传统的治疗假设是单调的表型景观。然而，揭示真实的景观需要蛋白质水平的调整。 c2 .可重复的AAVS1位点特异性遗传有效载荷(如合成基因电路)整合的两步策略示意图。左:LP插入 AAVS1CRISPR-Cas9。右图:基于rmce的lp特异性整合的mNF基因电路，控制eGFP::BACH1双功能融合的表达。通过使用不同的选择标记，可以重复步骤2。espCas9，增强特异性SpCas9;NeoR，新霉素耐药基因。 d合成的mNF基因电路，用于在位点特异性整合后与GFP报告蛋白(mNF-GFP)蛋白水平或GFP::BACH1融合蛋白(mNF-BACH1)蛋白水平共表达的TetR进行dox控制调节。KS, Kozak序列;TetO，四环素操作员。信贷: 自然化学生物学(2023)。DOI: 10.1038 / s41589 - 023 - 01344 - z

一种新方法使研究人员能够增加或降低细胞内某种转移蛋白抑制剂(BACH1)的数量，这可能为癌症研究提供新的途径，重新评估蛋白质抑制剂治疗疾病的有效性。在石溪大学的科学家团队的带领下，这项研究包括通过植入人类乳腺转移细胞的基因回路来调节BACH1的水平。他们的研究结果发表在《自然化学生物学》杂志上。

生物医学依赖于蛋白质抑制剂的使用，这是基于降低促病蛋白水平或活性通常对治疗癌症有益的假设。但是，根据Gábor Balázsi博士，“通过噪声感知控制转移激活因子水平的非单调入侵景观”的主要作者，当涉及到产生促癌蛋白的致癌基因时，通过癌细胞内的“仅消除”方法来操纵它们-最常见的方法-不一定是开发抗癌治疗的最佳方法。

他和同事们发现，BACH1在许多转移性癌症(如肺癌和乳腺癌)中高度表达，在培养的三阴性乳腺癌细胞中，它既可以是癌细胞侵袭的激活剂，也可以是癌细胞侵袭的抑制剂。

路易斯和比阿特丽斯·劳弗物理与定量生物学中心的亨利·劳弗教授、石溪大学生物医学工程教授Balázsi总结道:“我们开发了一种两步技术管道，创造了一种‘着陆垫’，BACH1或其他基因可以安全地引入任何人类细胞系，就像一扇打开正确钥匙的门。”

该团队使用包括CRISPR在内的各种方法对细胞进行基因操作，并创建“着陆垫”来完成第一步。第二步涉及开发合成基因回路来控制蛋白质的数量。这些电路使他们能够使用“调光开关”来控制进入癌细胞的BACH1的数量或百分比。

“把这项工作想象成一个灯开关，但它不仅仅是‘开’和‘关’，而且还有一个复杂的调光能力。虽然大多数涉及BACH1或其他促癌蛋白的研究方法都是打开(激活)或关闭(抑制)灯开关，但我们有一个微调的调光器，我们可以通过着陆垫平台将转移激活子的数量调整到中间百分比，”Balázsi解释说。

让研究人员在癌细胞侵袭模型中测试BACH1时感到惊讶的是，降低BACH1蛋白水平并不总是抑制转移过程，而增加BACH1蛋白水平也并不总是增加癌细胞侵袭。

他们写道:“出乎意料的是，当我们调高BACH1水平时，工程化的MDA-MB-231人类乳腺转移细胞变得越来越多，然后越来越少，然后越来越具有侵袭性，而与天然BACH1无关。BACH1在入侵细胞中的表达发生变化，并且BACH1转录靶点的表达证实了BACH1的非单调表型和调控作用。因此，化学抑制BACH1可能对入侵产生不利影响。”

他们还发现，将BACH1的部分调到中间水平，即调光器的中间位置，实际上抑制了癌症的侵袭过程，就好像当把调光器旋钮调高时，光线变得不那么明亮了。

Balázsi说:“我们的发现提供了一个警示故事，当涉及到转移和似乎促进癌症过程的蛋白质时，也就是说，我们需要更仔细地研究这些蛋白质和基因及其在癌症中的确切作用。”“在某些情况下，我们很可能需要抑制它们来治疗癌症，在某些情况下，根据它们的原始水平，我们需要增加它们，甚至两者兼而有之，但我们需要更多的调查来帮助确定任何结结性的结论。”

他们的实验表明，通过使用BACH1降解剂，它可以降低或不必要地增加乳腺癌细胞的侵袭性，这取决于BACH1的原始水平。作者说，这些结果强调了通过蛋白质水平调整来描述基因对疾病影响的重要性。

这项研究的合作者包括来自石溪大学和其他机构的团队，尤其是第一作者万一鸣博士。他们的工作对论文中强调的发现至关重要。

石溪大学提供