2024年5月，中南大學湘雅二醫(yī)院金鑫聯合華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協和醫(yī)院江科/唐露團隊在Nature Communications上在線發(fā)表了文章“ZDHHC20-mediated S-palmitoylation of YTHDF3 stabilizes MYC mRNA to promote pancreatic cancer progression”。研究發(fā)現KRAS上調的蛋白ZDHHC20在胰腺癌中異常過表達，預示著不良預后；ZDHHC20通過Cys474的棕櫚酰化抑制YTHDF3的溶酶體定位和降解，從而通過m6A修飾進一步調節(jié)MYC mRNA的穩(wěn)定性，促進癌癥細胞的惡性表型。本研究確定了ZDHHC20-YTHDF3-MYC軸以棕櫚酰化依賴的方式促進胰腺癌進展的機制。
AAV-shControl和AAV-shZDHHC20感染KPC小鼠腫瘤組織的免疫組化染色
研究背景
胰腺導管腺癌(Pancreatic ductal adencarcinoma, PDAC)是一種致死性實體腫瘤，在世界范圍內發(fā)病率較高。由于PDAC缺乏早期診斷，且有轉移和耐藥傾向，因此PDAC的死亡率與發(fā)病率幾乎相等。研究表明，KRAS突變是胰腺腫瘤發(fā)生的起始事件，常見的突變是KRAS G12D，發(fā)生在90%以上的胰腺上皮內瘤變(PanINs)中。在KRAS信號的背景下，PDAC中惡性轉化和腫瘤維持的遺傳控制在很大程度上仍未被探索。
研究結果
1、KRAS突變通過STAT3誘導ZDHHC20在胰腺癌中積累
作者發(fā)現ZDHHC20在胰腺癌細胞系中的表達明顯高于正常胰腺上皮組織，與其他胰腺癌細胞系相比，ZDHHC20在無KRAS突變的胰腺癌細胞系BxPC-3中的表達水平相對較低。此外，TIMER數據庫分析顯示，在KRAS突變的胰腺癌患者的腫瘤組織中，ZDHHC20的表達水平高于沒有KRAS突變的胰腺癌患者。為了進一步研究KRAS突變是否導致ZDHHC20在胰腺癌組織中高表達，作者利用KRAS G12D抑制劑處理胰腺癌細胞，發(fā)現KRAS G12D抑制劑處理可顯著下調胰腺癌細胞中ZDHHC20的表達。進一步研究KRAS調控ZDHHC20表達的機制，發(fā)現外源KRAS G12D的表達導致ZDHHC20顯著上調。利用KnockTF平臺分析發(fā)現STAT3對ZDHHC20具有顯著調節(jié)作用，ChIP-qPCR結果表明STAT3可以結合到ZDHHC20的啟動子區(qū)。此外，KRAS G12D的外源表達增強了ZDHHC20啟動子區(qū)域STAT3的富集。以上表明KRAS突變是胰腺癌中STAT3-ZDHHC20軸過度激活的主要致病因素之一。
圖1.KRAS突變通過STAT3誘導ZDHHC20在胰腺癌中積累
2、ZDHHC20以棕櫚酰化依賴的方式促進胰腺癌進展
接下來，作者探究了ZDHHC20在胰腺癌細胞中的生物學功能。在PANC-1和AsPC-1細胞中特異性敲低ZDHHC20，發(fā)現ZDHHC20沉默可顯著降低這些胰腺癌細胞株的增殖、侵襲和遷移。此外，通過細胞源異種移植(CDX)模型，發(fā)現ZDHHC20的敲低抑制了腫瘤的生長。作者利用AAV8-shZDHHC20在KPC小鼠中敲低ZDHHC20，發(fā)現在KPC小鼠中敲低ZDHHC20導致腫瘤重量降低，胰腺腫瘤病變面積減小，值得注意的是，小鼠存活時間延長，表明ZDHHC20在胰腺癌中作為腫瘤啟動子起作用。考慮到ZDHHC20作為棕櫚酰酰基轉移酶的功能，作者探究了ZDHHC20的致癌能力是否依賴于其棕櫚酰化活性，構建了兩個沒有明顯催化活性的ZDHHC20突變體(C156S和F171A)，發(fā)現這兩個突變體的過表達顯著降低了ZDHHC20的棕櫚酰化催化活性，抑制了胰腺癌細胞的增殖和侵襲。表明ZDHHC20可能以部分依賴于棕櫚酰化的方式促進胰腺癌的進展。
圖2. ZDHHC20以棕櫚酰化依賴的方式促進胰腺癌的進展
3、ZDHHC20通過Cys474上的棕櫚酰化抑制YTHDF3的降解
作者進一步研究發(fā)現ZDHHC20是YTHDF3棕櫚酰化酶，ZDHHC20介導的YTHDF3在Cys474上的棕櫚酰化促進了胰腺癌的進展。為了更全面地了解YTHDF3棕櫚酰化，作者評估了YTHDF3棕櫚酰化修飾對其亞細胞定位的潛在影響。核/胞質分離實驗表明，YTHDF3主要定位于細胞質中，這與之前的報道一致。下調ZDHHC20只降低了YTHDF3的蛋白水平，并沒有改變YTHDF3的mRNA水平。作為一種可逆的翻譯后修飾，棕櫚酰化調節(jié)蛋白質的運輸、相互作用和降解。接下來，作者評估了ZDHHC20棕櫚酰化是否調節(jié)YTHDF3降解，發(fā)現ZDHHC20介導的YTHDF3-Cys474棕櫚酰化抑制了HSC70對YTHDF3的識別，從而通過CMA途徑抑制了其隨后的溶酶體降解。
圖3.ZDHHC20通過Cys474上的棕櫚酰化抑制YTHDF3的降解
4、ZDHHC20介導的YTHDF3-Cys474棕櫚酰化穩(wěn)定MYC mRNA水平
作者探究了ZDHHC20-YTHDF3軸促進胰腺癌進展的機制，發(fā)現YTHDF3棕櫚酰化與MYC表達密切相關。作為m6A的主要讀取器之一，YTHDF3可識別m6A修飾的RNA，隨后調控其穩(wěn)定性和翻譯，機制研究發(fā)現YTHDF3以依賴m6A的方式穩(wěn)定MYC mRNA。接下來，作者探究了ZDHHC20是否通過影響MYC的生物學功能來促進胰腺癌的進展，評估2-BP處理和敲除ZDHHC20對MYC mRNA穩(wěn)定性的影響，發(fā)現阻斷YTHDF3 Cys474棕櫚酰化可降低MYC mRNA的半衰期。WB結果表明，異位表達ZDHHC20上調MYC的表達，這一作用可被YTHDF3敲除阻斷。MYC沉默在體外和體內逆轉了異位ZDHHC20表達對PDAC的促進作用。以上結果表明，ZDHHC20介導的YTHDF3-Cys474棕櫚酰化調節(jié)MYC mRNA的穩(wěn)定性，促進PDAC的進展。治療性阻斷ZDHHC20-YTHDF3相互作用可抑制胰腺癌進展。
圖4. ZDHHC20介導的YTHDF3-Cys474棕櫚酰化穩(wěn)定MYC mRNA水平
小結
綜上，KRAS上調的ZDHHC20在胰腺癌患者中異常過表達并與不良預后相關。ZDHHC20表達失調以棕櫚酰化依賴的方式促進胰腺癌的進展，ZDHHC20通過Cys474的S-棕櫚酰化抑制伴侶蛋白介導的YTHDF3自噬，導致致癌產物MYC的異常積累，從而促進癌細胞的惡性表型。以上發(fā)現還確定了YTHDF3作為m6A讀取器的致癌作用，并強調了靶向ZDHHC20-YTHDF3-MYC信號軸在胰腺癌中的治療潛力。