Nature | 三篇齐发！揭开D型细胞周期蛋白关键调控因子
撰文 | 十一月
责编 | Qi
D型细胞周期蛋白是是细胞分裂周期的中心调节因子【1】，也是人类癌症中最常见的治疗靶点之一，但关于D型细胞周期蛋白周转的调节机制的研究仍然存在争议【2, 3】。
近日，美国纽约大学格罗斯曼医学院Michele Pagano研究组、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院Luca Busino研究组合作发文题为CRL4AMBRA1 is a master regulator of D-type cyclins的文章，斯坦福大学Julien Sage研究组发表题为The AMBRA1 E3 ligase adaptor regulates the stability of cyclin D的文章，以及丹麦癌症协会研究中心Francesco Cecconi研究组、意大利班比诺中心Gesù儿童医院Jiri Bartek研究组合作发表题为AMBRA1 regulates cyclin D to guard S-phase entry and genomic integrity的文章，这三篇背靠背发表在Nature上的文章揭开了这一争议的最终答案，找到了D型周期蛋白的关键调节因子。
D型细胞周期蛋白包括cyclinD1、cyclinD2以及cyclinD3，通过激活CDK4以及CDK6促进细胞分裂，进而使RB家族的蛋白质磷酸化和失【1】。迄今为止，CUL1-RING泛素连接酶复合物中七个底物受体FBXO4、FBXO31、β-TrCP、FBXW8、SKP2、FBXL2、FBXL8以及APC/C复合物（Anaphase-promoting complex/cyclosome）曾经都被认为是靶向D型周期蛋白进行降解的因子【3】。但是先前的研究表明，在细胞中删除CUL1-RING泛素连接酶复合物中的一个或者几个因子或者是敲除APC/C复合物活性并不会影响cyclinD1的稳定性【2】。该结果说明，细胞中一定还存在其他一个或者几个泛素连接酶会靶向D型细胞周期蛋白。
为了找到D型细胞周期蛋白周转的关键调节因子，作者们进行了三种不同方式的筛选（图1）。首先，作者们使用靶向CUL1-RING泛素连接酶复合物的抑制剂对细胞进行处理后，发现cyclinD1以及cyclinD3的蛋白水平以及磷酸化修饰的蛋白水平均会稳定积累，与先前的研究是一致的。随后作者们使用短干扰RNA的方式稳定表达荧光标记的cyclinD1，通过转染寡核苷酸靶向DCAFs（DDB1-CUL4-associated factors），通过该方式鉴定得到了五个靶点。其中四个靶点（(AMBRA1、DDA1、ERCC8、TOR1AIP2）在两种细胞系筛选实验中均被筛选得到。第二步，作者们通过蛋白质组的方式鉴定发现了六个与野生型cyclinD1相互作用，但是与泛素介导的降解过程不敏感的cyclinD1突变体之间不存在相互作用。其中，只有AMBRA1的确是通过泛素连接酶与底物之间的结合方式与cyclinD1进行相互作用的，因为它们之间的相互作用不会受到MG132等蛋白酶体抑制剂的影响。最后，作者们进行了一个全基因组的CRISPR-Cas9的筛选，其中发现了两个可能会作为底物受体的蛋白。作者们发现AMBRA1是唯一一种在三种筛选中均存在的因子。
图1. D型细胞周期蛋白调节因子的三种筛选方案鉴定cyclinD1的调节因子是AMBRA1
随后作者们发现AMBRA1的确会靶向D型细胞周期蛋白cyclinD1进行降解。敲除AMBRA1而非其他的泛素化连接酶会诱导内源cyclinD1以及cyclinD3的积累和稳定。使用生长素诱导的降解子系统【4】，作者们进一步证实了在细胞中内源降解AMBRA1会诱导cyclinD1的累积。
与其他作为肿瘤抑制因子的底物受体类似，AMBRA1显示出癌症相关突变的特征，这说明AMBRA1可能是一个肿瘤抑制基因【5】。通过分析癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas）数据库作者们发现低AMBRA1水平的确与多种肿瘤的预后较差有很大的相关性。而且作者们发现AMBRA1缺失会降低细胞对CDK4/6抑制剂的敏感性。AMBRA1敲除小鼠中，D型细胞周期蛋白与CDK4之间的相互作用会显著增加。随后作者们将对照组以及AMBRA1敲除弥漫性大B细胞淋巴瘤细胞进行肿瘤移植实验，并对小鼠进行帕博西尼（palbociclib，CDK4/6激酶抑制剂）的处理，作者们发现AMBRA1敲除来源的肿瘤会显著的减小，而且高浓度的帕博西尼处理的效果会更加显著。
总的来说，该工作发现并通过多种方式联合鉴定出了D型细胞周期蛋白的关键调节因子AMBRA1，并且发现在正常细胞、癌细胞以及发育中的小鼠胚胎中，AMBRA1缺失会导致D型细胞周期蛋白水平的上升（图2）。与具有正常数量AMBRA1的细胞相比，这导致RB1磷酸化水平增加以及细胞增殖能力的增加。另外，作者们还发现AMBRA1敲除会提高转录因子蛋白N-MYC的水平，MYC家族蛋白可上调D型和E型细胞周期蛋白，从而加速细胞周期进程。这些研究表明，AMBRA1是一种抑瘤蛋白，在将来可能会作为肿瘤治疗的关键靶点而发挥作用。
图2. 工作模型
这三篇工作背靠背地发现了D型细胞周期蛋白的关键调控因子，当期配发了相应的观点文章Path to destruction for a cell-division regulator，对该工作进行了高度评价，而这一机制可能正是某些人类肿瘤对抑制剂治疗缺乏反应的原因。
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制版人：十一
参考文献
1. Malumbres, M. & Barbacid, M. Cell cycle, CDKs and cancer: a changing paradigm.Nature reviews. Cancer 9, 153-166, doi:10.1038/nrc2602 (2009).
2. Kanie, T. et al. Genetic reevaluation of the role of F-box proteins in cyclin D1 degradation. Molecular and cellular biology 32, 590-605, doi:10.1128/mcb.06570-11 (2012).
3. Qie, S. & Diehl, J. A. Cyclin D degradation by E3 ligases in cancer progression and treatment. Seminars in cancer biology 67, 159-170, doi:10.1016/j.semcancer.2020.01.012 (2020).
4. Natsume, T., Kiyomitsu, T., Saga, Y. & Kanemaki, M. T. Rapid Protein Depletion in Human Cells by Auxin-Inducible Degron Tagging with Short Homology Donors. Cell reports 15, 210-218, doi:10.1016/j.celrep.2016.03.001 (2016).
5. Davoli, T. et al. Cumulative haploinsufficiency and triplosensitivity drive aneuploidy patterns and shape the cancer genome. Cell 155, 948-962, doi:10.1016/j.cell.2013.10.011 (2013).
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