导读：

蛋白质合成增加，为与癌症相关细胞的快速增殖提供支撑。Rpl24^Bst突变小鼠中核糖体蛋白RPL24表达降低，该特性已在多种癌症小鼠模型中用于抑制翻译和限制肿瘤发生。

 

本研究发现Rpl24^Bst也可抑制结直肠癌(CRC)模型中Apc和Kras突变的肿瘤发生和增殖。但不同的是：Rpl24^Bst突变对核糖体亚基丰度没有影响，但会通过磷酸化eEF2抑制翻译延伸，使肿瘤细胞中的蛋白质合成减少40%。在Rpl24^Bst突变小鼠中，如果通过灭活eEF2K激酶来消除eEF2的磷酸化，就可完全恢复翻译延伸率和蛋白质合成。此外，eEF2K活性是Rpl24^Bst突变体抑制肿瘤发生所必需的。

 

本研究表明，eEF2磷酸化的升高是抑制具有两个驱动突变的结直肠肿瘤发生的有效手段。在小鼠模型中，翻译延伸成为CRC以及其他Rpl24^Bst突变癌症的治疗靶点。

 

 

 

文章索引

标题：Rpl24^Bst mutation suppresses colorectal cancer by promoting eEF2 phosphorylation via eEF2K.

发表期刊：Elife

发表时间：2021.12

作者及团队：英国格拉斯哥大学癌症科学研究所Owen J Sansom团队

IF：7.7

DOI：10.7554/eLife.69729.

 

研究思路

 

研究结果

（1）Rpl24^Bst突变不会改变肠道内稳态，但会抑制翻译速率

作者首先分析了Rpl24^Bst突变是否对正常肠道稳态有任何影响(图1A)。结果显示：RPL24表达虽然减少(图1B)，但肠道结构、BrdU掺入均没有差异(图1B)。

 

另外，由Rpl24^Bst/+小鼠小肠制成的体外类器官，其生长与对照相当(图1C)。通过³⁵S-蛋氨酸标记，观察到与野生型相比，Rpl24^Bst/+类器官的总蛋白质合成减少了>40%(图1D)。这些结果表明：Rpl24^Bst突变尽管没有改变内稳态，但对蛋白质合成产生了巨大的影响。

 

接着，作者研究了Rpl24^Bst突变如何抑制翻译？Polysome profiling分析显示：Rpl24^Bst/+类器官中polysome组分增加，特别是heavy polysome(图1E)。Polysome增加，但蛋白质合成减少，作者联想到了翻译延伸速率降低的模型系统。在该模型中，翻译延伸缓慢可通过eEF2磷酸化来增加了Polysome的丰度。因此也解释了Rpl24^Bst突变体样本和类器官中检测到eEF2(T56)的磷酸化升高（图1B，F）。eEF2的磷酸化可损害了翻译延伸的易位步骤，从而减少蛋白质合成。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

总之，上述分析表明：肠道增殖或功能不需要生理上的RPL24表达，但RPL24表达的减少会降低翻译。这其中，涉及到翻译延伸的调控，并与P-eEF2的增加相关(图1G)。

 

（2）RPL24是Apc缺陷Kras突变型肠道肿瘤增殖所必需的

接下来，作者分析了Rpl24^Bst突变对Tamoxifen诱导的VillinCreER介导Apc缺失、KRAS G12D激活的CRC模型的影响（图2A）。与Apc^fl/fl Kras G12D^/+ 对照小鼠相比，Apc^fl/fl Kras G12D^/+ Rpl24^Bst/+突变小鼠的过度增殖受到显著抑制(图2B, C)。免疫组化证实RPL24表达减少，P-eEF2增加(图2C)。相应小鼠来源的类器官比较显示：Rpl24^Bst突变导致体外增殖明显减少(图2D)。在肿瘤模型中，Apc^fl/+ Kras G12D^/+ Rpl24^Bst/+小鼠比Apc^fl/+ Kras G12D^/+对照组平均多活32天，延长了45%的生存时间(图2E)。

 

 

（3）RPL24在Apc缺陷Kras突变肠道肿瘤模型中维持翻译延伸

在上述模型中，作者接着使用了三种方法来测量翻译速率:Polysome profiling分析、35S-蛋氨酸标记和三尖杉碱run-off测定(图3A)。小鼠隐窝的多聚核糖体分析显示：和Apc^fl/fl Kras G12D^/+小鼠比较，Apc^fl/fl Kras G12D^/+ Rpl24^Bst/+的polysome增加(图3B)，heavy polysome数量显著增加(图3C)。相同基因型的肠道类器官显示³⁵S-蛋氨酸掺入减少35%(图3D)。这些相同的类器官的翻译延伸率降低了40%以上(图3E)

 

 

总之，这些数据提供了令人信服的证据，证明在上述CRC模型中，RPL24的表达维持了翻译延伸和蛋白质合成速率，从而维持了肿瘤相关的增殖(图3F)。

 

（4）Rpl24突变对表达野生型Kras的CRC模型无影响

作者还评估了Rpl24突变在Apc缺陷型Kras野生型模型中的作用。Rpl24^Bst突变并没有减少Apc^fl/fl小鼠小肠或结肠的过度增殖(图4A、B)。此外，在Apc缺陷的模型中，Rpl24^Bst突变并未导致生存或肿瘤发展方面的差异(图4C)。

 

 

与此一致的是，Rpl24^Bst突变的Apc^fl/fl类器官与野生型Rpl24的生长速度相同(图4D)。综上所述，这些数据表明，RPL24表达的降低并不限制Apc缺陷Kras野生型模型中的肿瘤发生。

 

（5）eEF2K基因失活完全逆转了Rpl24突变的抗增殖作用

上述结果已经证明了Rpl24^Bst突变后P-eEF2的增加与翻译延伸减慢之间的相关性。那Rpl24^Bst突变引起的延伸减缓是否依赖于P-eEF2？作者构建了eEF2K的全身点突变体模型，其中eEF2K的失活完全逆转了Apc^fl/fl Kras G12D^/+ Rpl24^Bst/+小肠中对增殖的抑制(图5A-C)。

 

eEF2K失活导致P-eEF2基本检测不到(图5C)，eEF2K和Rpl24^Bst突变在3天后的肠道类器官生长中也出现了增殖速率的逆转(图5D)。此外，eEF2K失活逆转了Rpl24^Bst突变在Apc^fl/+ Kras G12D^/+肿瘤模型中的生存获益(图5E)。

 

因此，Rpl24突变需要功能性eEF2K来抑制该CRC模型的增殖并延长生存期。这些数据也证实了Rpl24^Bst突变对肿瘤表型的影响完全依赖于eEF2K活性。

 

（6）Rpl24^Bst突变仅通过eEF2K/P-eEF2抑制翻译

接下来，作者研究了Rpl24^Bst突变及下游eEF2K失活的影响。首先，eEF2K灭活可完全逆转Rpl24^Bst突变导致的蛋白质合成减少(图6A-B)。

 

另外，polysome profiling分析显示：eEF2K失活后翻译延伸更快。

 

这些结果表明：Rpl24^Bst突变细胞中尽管RPL24表达减少，但核糖体可以有效地延伸。然而，RPL24的减少会增加P-eEF2，从而抑制延伸，这绝对需要eEF2K(图6C)。

 

 

（7）在CRC中，RPL24、eEF2K和eEF2的表达与eEF2活性升高一致。

临床前小鼠模型已经证明生理RPL24表达维持eEF2K介导的低eEF2磷酸化(图7A)。然后，低磷酸化的eEF2确保快速的蛋白质合成，使肿瘤在体内增殖。TCGA数据库显示：和正常结肠组织相比，癌变结肠组织中RPL24和eEF2表达增加，eEF2K表达减少(图7B)。

 

 

 

 

研究结论

这项工作揭示了核糖体蛋白RPL24在通过eEF2K/P-eEF2调控翻译延伸中的作用。在临床前小鼠CRC模型中证明RPL24缺失激活eEF2K以引发肿瘤抑制。这项工作为eEF2K在结直肠癌中的抗肿瘤作用提供了额外的证据，强调了在这种疾病中针对翻译延伸研究的潜力。


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