繼發(fā)部位轉移仍然是結腸癌相關死亡的主要原因，也是結腸癌治療的主要障礙。因此，進一步研究轉移性結腸癌的作用機制，尋找潛在的治療靶點具有重要而緊迫的意義。組蛋白轉移酶和組蛋白去乙酰化酶(HDACs)是廣泛表達的酶，負責可逆和動態(tài)的蛋白乙酰化，HDAC6是18種哺乳動物HDACs中唯一的成員。在許多腫瘤中，HDAC6的過表達增加了細胞運動性，并與腫瘤原發(fā)期的晚期和預后不良有關，這些發(fā)現(xiàn)為HDAC6與腫瘤轉移有關的觀點提供了強有力的證據。AKAP12 (a激酶錨定蛋白12)是AKAPs家族成員，以時空方式組裝信號通路和細胞骨架蛋白，而至少50%的結腸癌患者中AKAP12表達減少或丟失。已有研究表明AKAP12是一種腫瘤/轉移抑制因子。然而，AKAP12去乙酰化在結腸癌轉移中的調控機制和作用尚不清楚。
 

2022年9月，天津醫(yī)科大學腫瘤醫(yī)院李慧教授團隊于Cancer Letters (IF 9.756)發(fā)表了題為“HDAC6-dependent deacetylation of AKAP12 dictates its ubiquitination and promotes colon cancer metastasis “文章，其研究了在HDAC6介導的結腸癌轉移中，AKAP12去乙酰化的機制和功能意義。通過乙酰化修飾組學、蛋白免疫印跡等技術方法，研究表明AKAP12是HDAC6新的相互作用物和底物，并揭示了一種新的機制，即HDAC6通過調節(jié) AKAP12去乙酰化以及泛素化介導的降解來促進結腸癌轉移。其中，中科新生命為該研究提供了乙酰化修飾組學服務。

研究材料

細胞：HCT-116，SW480，HEK293T

小鼠：BALB/C裸鼠

組織：人原發(fā)性結腸癌組織和癌旁組織

技術路線

步驟1：評估HDAC6與結腸癌轉移的相關性；

步驟2：乙酰化修飾組學確定HDAC6的作用底物為AKAP12；

步驟3：確定HDAC6去乙酰化AKAP12的作用位點；

步驟4：探究AKAP12乙酰化與泛素化的串擾作用；

步驟5：穩(wěn)定表達AKAP12對HDAC6促進結腸癌細胞的運動的影響。

研究結果

1. HDAC6與結腸癌轉移高度相關

通過對轉移性結腸癌數據進行GEO（Gene Expression Omnibus）分析，發(fā)現(xiàn)與沒有遠處轉移的組織相比，遠處轉移的組織中HDAC6 mRNA顯著升高。之后研究者使用免疫組化實驗來探究HDAC6在人結腸癌組織中蛋白水平的表達。結果表明，70例轉移性結腸癌標本中，68.57%的腫瘤表達高水平的HDAC6蛋白，而在非轉移性人群中，HDAC6高表達僅為39.22%。接下來，研究者進一步探究了HDAC6在體外對結腸癌細胞運動的影響，發(fā)現(xiàn)使用HDAC6去乙酰化酶抑制劑以及敲除HDAC6 均能在未改變細胞活力的情況下，顯著抑制人結腸癌細胞系HCT-116、SW480和HCT-15的細胞遷移和侵襲能力。此外，在裸鼠肝轉移模型中的研究表明，HDAC6高表達與結腸癌的轉移密切相關。

圖1 HDAC6與結腸癌轉移高度相關

圖2 HDAC6缺失抑制結腸癌細胞轉移潛能

2. HDAC6與AKAP12相互作用

接下來，研究者開始探究HDAC的潛在底物，闡明其調控機制。對HCT-116 shNT和shHDAC6細胞進行乙酰化蛋白質組學分析，在888種蛋白質中共鑒定到1435種獨特的賴氨酸乙酰化肽段，包括1479個獨特的乙酰化位點，并結合生物信息學數據分析，研究者將關注點放在了AKAP12上。在通過免疫共沉淀等實驗證明HDAC與AKAP12存在著高度特異性的相互作用后，研究人員繼續(xù)研究AKAP12的HDAC6結合區(qū)域。研究結果發(fā)現(xiàn)，AKAP12的PKC-和F-actin結合區(qū)是其與HDAC6相互作用所必需的。

圖3 HDAC6與AKAP12相互作用

3.  HDAC6調節(jié)AKAP12在K526/K531位點的去乙酰化

上述結果表明，HDAC6在AKAP12的去乙酰化過程中具有特殊而顯著的作用，含有pkc結合基序的AKAP12-1-606是HDAC6介導的主要去乙酰化區(qū)域。進一步的，研究者用質譜法鑒定了AKAP12中對HDAC6反應的乙酰化位點，發(fā)現(xiàn)K526和K531是位于pkc結合區(qū)的賴氨酸乙酰化位點。為了評估它們對AKAP12乙酰化的貢獻，將K526和K531分別(K526R/K531R)或完全(2KR)突變?yōu)榫彼幔@是一種類似賴氨酸去乙酰化狀態(tài)的電荷保留突變體。結果表明，K526和K531的精氨酸取代均能重現(xiàn)AKAP12乙酰化的缺失。因此，K526和K531可能與HDAC6對AKAP12的去乙酰化有關，且進一步暗示AKAP12中pkc結合基序的關鍵作用。
 

圖4 HDAC6調節(jié)AKAP12的去乙酰化

圖5 AKAP12在K526/K531位點去乙酰化

4. HDAC6在K531對 AKAP12去乙酰化有利于其泛素化，降低AKAP12穩(wěn)定性

研究人員觀察到HDAC6過表達不僅能夠導致AKAP12去乙酰化，還能致使其蛋白水平降低。因此研究人員探究了HDAC6降低AKAP12表達是否受到蛋白酶體降解的調節(jié)，以及AKAP12 中是否存在乙酰化和泛素化串擾。研究表明，HDAC6是通過泛素化-蛋白酶體降解途徑誘導AKAP12表達降低，由此研究者推測由HDAC6啟動的一個潛在乙酰化和泛素化串擾碼可能參與AKAP12蛋白穩(wěn)定性的調控。在上面講到，K526/K531是HDAC6對AKAP12去乙酰化作用的兩個主要位點。因此，研究者檢測了這兩個乙酰化位點是否參與蛋白酶體降解過程。結果顯示，HDAC6介導的AKAP12在K531處去乙酰化是其泛素化依賴性降解的原因。緊接著，研究人員通過western blot對65例結腸癌患者的生物樣本進行了分析，發(fā)現(xiàn)在結腸癌組織中，相較于HDAC6低表達組，HDAC6高表達組中AKAP12低表達患者的比例顯著增加，而在相鄰正常結腸組織中，這一比例相似。這些結果表明，人結腸癌標本中HDAC6水平與AKAP12水平之間可能存在負相關。

圖6 HDAC6 在K531位點對AKAP12去乙酰化并促進其泛素化

5. HDAC6需要穩(wěn)定表達AKAP12來促進結腸癌細胞的運動

有研究表明AKAP12在抑制腫瘤轉移中起著重要作用，為了深入了解穩(wěn)定表達AKAP12在HDAC6介導的細胞運動中的意義，研究者通過敲除HDAC6及沉默表達AKAP12進行研究。結果表明，HDAC6的敲除導致細胞活力顯著下降，而抑制AKAP12的表達則能增加細胞活力，這些數據強調了穩(wěn)定表達的AKAP12在HDAC6介導的細胞運動中的重要性。此外，有明確證據表明AKAP12是PKC的主要底物，因此研究者評估了在HDAC6和AKAP12共沉默的細胞中觀察到的被拯救的細胞的活力是否與PKC亞型活性的改變有關。研究結果顯示，在HDAC6缺失情況下，生長細胞顯示出磷酸化PKC α、β、δ、λ和ϛ蛋白水平的降低，而進一步敲除AKAP12則使PKC信號通路重新激活。以上表明，穩(wěn)定表達的AKAP12是HDAC6介導細胞運動增強所必需的，且與PKC信號的激活部分相關。

圖7 HDAC6介導的結腸癌細胞運動需要AKAP12的穩(wěn)定表達

 小編小結

該文章的研究結果表明AKAP12是HDAC6的一個新的底物，并從AKAP12乙酰化和泛素化相互作用的角度揭示了HDAC6介導結腸癌轉移的機制。因此，開發(fā)一種以HDAC6為靶點的治療策略具有深遠的臨床意義，可以同時增強腫瘤抑制因子AKAP12的乙酰化并阻斷其泛素蛋白酶體依賴的降解。