GPB | SIRT5介导去琥珀酰化修饰，抑制前列腺癌转移

2022-03-23 21:44:14, 景杰生物杭州景杰生物科技股份有限公司

景杰生物 | 报道

前列腺癌 (PCa) 是男性发病率最高的恶性肿瘤，绝大部分患者会发展为去势抵抗性前列腺癌(CRPC)。CRPC是一种致命性的晚期前列腺癌形式，在CRPC中肿瘤可以独立生长，不再需要雄激素受体 (androgen receptor, AR) 的外部刺激。因此，在雄激素剥夺疗法之后，CRPC会复发并且无法治愈，导致患者生存率急剧下降。关于CRPC发展的分子机制亟待阐明。

琥珀酰化修饰 (Ksu) 由芝加哥大学赵英明教授团队在Nature Chemical Biology首次报道，目前已发现与多种生物过程包括与癌症进展和转移有关[1]。SIRT5除具有去乙酰化酶活性外，还具有很强的去琥珀酰化活性，参与调节多种生物过程，如活性氧防御，脂肪酸代谢和细胞凋亡。SIRT5表达异常与肿瘤的发生及发展密切相关，但其作用尚无定论。SIRT5可促进肿瘤增殖、转移、耐药及代谢重编程，发挥促癌基因作用；也可抑制肿瘤细胞生长和凋亡，发挥抑癌基因作用。此外，SIRT5异常还与心血管疾病，帕金森病和阿尔兹海默症等神经代谢性疾病密切相关[2-4]。

近日，专业期刊Genomics,Proteomics& Bioinformatics (IF=7.70) 上预发表了题为 SIRT5 Is the desuccinylase of LDHA as novel cancer metastatic stimulator in aggressive prostate cancer 的文章。研究使用琥珀酰化修饰组学分析，确定了 SIRT5 的特定底物蛋白，并提出 SIRT5介导的去琥珀酰化修饰能降低乳酸脱氢酶 A (LDHA) 活性进而抑制PCa转移的机制，景杰生物为该研究提供了定制琥珀酰化抗体。

研究者首先选定了常用于研究PCa的细胞系PC-3以及从PC-3诱导的小鼠肿瘤中分离出来，具有高度转移性的PC-3亚系PC-3M作为阳性对照，并测定了两种细胞系之间的SIRT表达。发现SIRT5表达随着 PCa 进展而显著降低。为了确定 SIRT5 在 PCa 细胞中的作用，研究者进一步使用 SIRT5 的选择性肽抑制剂进行迁移测定以确定 SIRT5 是否调节 PCa 细胞迁移能力。结果表明，当SIRT5活性受到抑制时，迁移能力增加，并且SIRT5 可以调节 PC-3 细胞系的增殖。这些结果进一步验证了SIRT5 是增加PCa 中细胞迁移的重要因素。

图 1 PCa 中 SIRT5 的表征

接下来，为了探究与PCa相关的SIRT5 底物，研究者进行了基于LC-MS/MS的琥珀酰化修饰组学分析，共量化了2958种蛋白质和194种差异表达蛋白 (DEPs)，其中鉴定到了169种蛋白质上的448个Ksu位点。两种细胞系之间的差异并不显著，然而有趣的是，与PC-3相比， PC-3M细胞中145个差异表达的Ksu位点中有144个增加，琥珀酰化修饰蛋白中47%是DEPs。这表明蛋白质琥珀酰化是PCa细胞侵袭性的更重要因素。富集分析显示Ksu蛋白主要存在于线粒体中，而PC-3M 细胞中上调的 Ksu 蛋白则在细胞质中更多，推测影响 PCa 进展的 SIRT5 底物是胞质溶胶蛋白。随后选择了12 种细胞外或细胞质蛋白上的 33 个上调 Ksu 位点作为侵袭性 PCa 的候选底物。在这 12 种蛋白质中，乳酸脱氢酶 A (LDHA) 被选中，因为能够进行琥珀酰化的 7 个位点中有 4 个发生了琥珀酰化修饰，并且 LDHA 在之前的许多研究中被认为是与致癌作用相关的关键因素。

图2 PCa 细胞质中的 Ksu 增加

随后，研究者进一步确定调节 LDH 活性的精确琥珀酰化的赖氨酸位点K118su。结果发现LDHA活性可以通过LDHA-K118的琥珀酰化而增加，进而导致细胞侵袭性增加，这进一步说明LDHA琥珀酰化促进PCa进展。接下来为了验证SIRT5和LDHA之间的相互作用，分别使用抗SIRT5和抗LDHA在PC-3细胞中进行了co-IP实验，结果发现SIRT5是LDHA-K118su的去琥珀酰化修饰酶。由此可以说明LDHA 通过 K118su 增加其活性，而 SIRT5 调节脱琥珀酰化。

图3 SIRT5的LDHA去琥珀酰化与侵袭性PCa有关

综上所述，这项研究报道了一种侵袭性 PCa 中的调控新机制，SIRT5作为去琥珀酰化修饰酶，在PCa过程中通过降低LDHA-K118位点的琥珀酰化修饰，进而降低其活性，从而抑制癌细胞迁移。该研究为开发新型抗肿瘤药物奠定了理论基础，为抗去势抵抗性前列腺癌提供了新的靶标。

图4 SIRT5介导的琥珀酰化修饰调控机制图解

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参考文献

1. Zhihong Zhang, et al. 2010. Identification of lysine succinylation as a new post-translational modification. Nature Chemical Biology.

2. Matthew D，Zhao YM, et al .2015. Metabolic Regulation by Lysine Malonylation，Succinylation，and Glutarylation. Molecular & Cellular Proteomics.

3. . Jeongsoon Park, et al. 2013. SIRT5-mediated lysine desuccinylation impacts diverse metabolic pathways. Molecular Cell.

4. Zou R，et al. 2018. SIRT5 and post-translational protein modifications：A potential therapeutic target for myocardial ischemia-reperfusion injury with regard to mitochondrial dynamics and oxidative metabolism. Eur J Pharmacol.

5. Oh KwangKwon, et al. 2022. SIRT5 Is the desuccinylase of LDHA as novel cancer metastatic stimulator in aggressive prostate cancer. Genomics, Proteomics & Bioinformatics.

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