解读人：刘杰，Targeted Quantitative Kinome Analysis Identifies PRPS2 as a Promoter for Colorectal Cancer Metastasis（PRM-磷酸化激酶定量发现结肠癌转移促进因子-PRPS2）

关键词：PRM，kinase，colorectal cancer, metastasis, PRPS2

  来自加州大学河滨分校的Yinsheng Wang教授应用PRM技术筛选出介导结肠癌细胞转移促进因子-PRPS2激酶。这项研究于2019年3月25日发表于蛋白组学主流期刊Journal of Proteome Research（原文链接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.jproteome.9b00119）。

背景

    结肠癌（CRC）是全世界发病率和死亡率的主要原因。它占所有癌症发病率的9%以上，是世界上诊断最频繁的癌症之一（居第三位）。而癌细胞转移是导致结肠癌患者死亡的主要原因，约有一半的结肠癌患者发展为转移性疾病。转移性结肠癌(Ⅳ期)5年生存率小于10%。

    异常激酶的表达与结肠癌的转移密切相关。因此，通过对结肠癌细胞转移过程中激酶蛋白表达的全面分析，可以系统地了解激酶在调节癌细胞转移中的作用。

为了找到结肠癌细胞转移过程中起始调节激酶，在此应用近年来流行的多反应监测质谱技术（PRM）来检测结肠癌转移过程中人类激酶的变化过程。

                                                                                                                                         

PRM靶蛋白定量技术流程

思路探索

实验材料：SW 480（原发结肠癌细胞）和SW 620（转移结肠癌细胞）（ATCC）

1. PRM技术检测结肠癌激酶蛋白表达差异

  通过PRM靶向蛋白组技术在SW 480-SW 620中定量到了299个蛋白激酶（如下图），其中有83激酶表达上调，77个激酶表达下调（差异蛋白筛选条件为差异倍数大于1.5倍）。同时用Western blot技术验证了其中5个激酶（(AK2, CHEK1, EGFR, IGF2R和PRPS2）的表达量变化，结果（如下图）显示其表达量变化与PRM结果一致，证明了PRM蛋白定量的可靠性。

                                                                                                                                          

299个蛋白激酶表达差异倍数（红色为上调，蓝色为下调，灰色表达量无变化） 

AK2和PRPS激酶在PRM和Western blot技术的定量比较

2. 锁定关注蛋白

    KEGG pathway分析（下图左）表明上调激酶中有12个参与focal adhesion pathway（该通路参与癌细胞转移，已有文献报道，在此不特别关注）；另有10个上调激酶参与purine metabolism通路（已有证据表明在结肠癌后期该通路会被激活），其中PRPS2基因mRNA在37种癌中的1000多种细胞系（数据来源于CCLE数据库）都特异表达上调（下图右），表明PRPS2激酶在结肠癌发展中特别重要，故在此将关键蛋白锁定为PRPS2激酶。

                                                                                                                                                 

上调激酶KEGG pathway分析，PRPS2激酶在结肠癌及胰腺癌细胞系中mRNA水平（来源于CCLE数据库）

3. 验证PRPS2激酶对结肠癌细胞的转移与侵染的影响

  为了证实PRPS2激酶对结肠癌发展的影响，在此使用细胞转移及侵染实验观测其对结肠癌细胞转移及侵染作用，结果证实了PRPS2激酶可以促进结肠癌细胞转移及侵染。

细胞转移及侵染实验（PRPS2激酶） 

4. PRPS2激酶结肠癌细胞转移机制探索

1）PRPS2激酶下游调控的与结肠癌细胞转移相关的蛋白

  已有文献报道MMP-2和MMP-9能够促进癌细胞转移，因此就想看看PRPS2激酶是否会调控MMP-2和MMP-9的酶活性及表达水平。在此使用明胶酶谱法证明了PRPS2激酶（过表达及敲除）能够促进MMP-9的酶活性（下图a,b,d,e）并用qPCR证实其同时也会促进MMP-9的表达（下图c,f）。

  除MMPs外，也有文献报道epithelial-mesenchymal transition (EMT)过程可促进多种类型癌细胞的转移和侵染，而EMT又会伴随着E-cadherin的丢失及N-cadherin蛋白的增加，且已知E-cadherin蛋白具有抑制恶性肿瘤转化的作用。故在此想看看PRPS2激酶是否也会调控E-cadherin蛋白（由CDH1基因编码）和N-cadherin蛋白（由CDH2基因编码）的表达，结果（下图c,f）表明PRPS2激酶会抑制E-cadherin蛋白的表达。

  上述结果表明，PRPS2激酶是通过抑制E-cadherin蛋白的表达及促进MMP-9的酶活和表达来促进结肠癌细胞的转移。

                                                                                                                                          

PRPS2激酶调控机制探索

2）PRPS2激酶上游调控的与结肠癌细胞转移相关的蛋白

  已有文献表明MYC是最有效的原癌基因之一，可通过改变细胞代谢促进各种器官的肿瘤发生。而PRPS2又是嘌呤代谢和蛋白合成最重要的激酶。此外还有研究表明MYC过表达的细胞是通过PRPS2来增加核酸的合成，同时在结肠癌病人中MYC的表达会上调。因此有理由推断结肠癌中PRPS2的表达是通过MYC来调控的。后续通过CCLE数据库的数据证明了上述推断。

5. 小结

  文章通过PRM技术筛选出结肠癌细胞转移及侵染相关的关键激酶-PRPS2（可为结肠癌治疗提供理论靶点）。同时对该激酶调控机制进行了探讨及验证，即结肠癌中MYC的表达上调促进了PRPS2激酶的表达上调及磷酸化，再2通过PRPS抑制E-cadherin蛋白的表达及促进MMP-9的酶活和表达来促进结肠癌细胞的转移。

 

解读人：刘杰