Exp Mol Med. | 翻译组学技术助力揭示YAP/ TAZ驱动的癌症靶向机制

导读：

Yes相关蛋白（YAP）和具有PDZ结合基序的转录共激活因子（TAZ）在干细胞/祖细胞稳态扩增过程中起着重要作用，它们的失调往往导致组织过度生长。

 

本研究发现YAP激活足以克服血清饥饿诱导的全局蛋白合成限制，使细胞在不利环境下维持增殖和存活。在机制上，YAP/TAZ选择性地促进含有5'端寡聚嘧啶（5'TOP）基序的mRNA的mTORC1依赖性翻译，最终增加细胞多聚体的含量。有趣的是，mTORC1的负调节因子DNA损伤诱导转录本4（DDIT4）在血清饥饿时上调，而被YAP/TAZ抑制。DDIT4足以抑制葡萄膜黑色素瘤细胞的翻译和转化潜力，葡萄膜黑色素瘤细胞通常因G蛋白突变而对血清无反应。

 

本研究结果揭示了蛋白质合成作为YAP/ TAZ诱导的癌性转化的关键模式的重要作用，并表明靶向mTORC1或翻译治疗YAP/ TAZ驱动的恶性肿瘤的潜力。

 

 

文章索引：

标题：YAP promotes global mRNA translation to fuel oncogenic growth despite starvation.

发表期刊：Experimental & Molecular Medicine

发表时间：2024.10

作者团队：韩国科学技术院（KAIST） Dae-Sik Lim团队

IF：9.5

DOI：10.1038/s12276-024-01316-w.

 

研究结果

（1）YAP克服了血清饥饿诱导的mRNA翻译抑制

据报道Hippo通路失活或YAP/TAZ激活可促进mTORC1激活。mTORC1效应物S6K1和4E-BP调节真核细胞中的蛋白质翻译，那YAP是否足以驱动mRNA翻译？

 

嘌呤霉素掺入实验证实在MCF10A细胞中表达YAP 5SA并不会实质性地影响基础翻译水平，但容易诱导CYR61（典型的YAP/TAZ靶标）的表达。而且YAP 5SA减弱了血清饥饿诱导的翻译限制（图1a）。

 

在血清饥饿细胞中，YAP和TAZ或TEADs的敲低会大大减弱血清刺激诱导的翻译和S6磷酸化的恢复（图1b）。细胞中Polysome含量的增加是活跃翻译的特征。因此，作者进行了多聚体分析（Polysome profiling），以确定YAP 5SA是否可能增加血清饥饿细胞中的多聚体含量。在对照细胞中，多聚体峰在血清饥饿反应中完全消失，而在表达YAP 5SA的血清饥饿细胞中，多聚体得到有效维持（图1c）。

 

接下来，作者测试了在体内YAP/ TAZ是否可介导翻译诱导。作者构建了肝脏中Lats1和Lats2敲除小鼠模型，体内激活YAP/TAZ，随后小鼠被禁食（抑制肝脏中mTORC1的活性）。虽然禁食本身并没有引起肝脏形态或重量的显著变化（图1e-f），但从这些注射嘌呤霉素的小鼠中获得的裂解物显示出翻译的普遍减少（图1g）。与禁食的对照组小鼠相比，禁食的lats1/2敲除小鼠肝脏的大小和重量均明显增加。值得注意的是，禁食敲除小鼠的肝脏裂解物显示mTORC1效应物4E-BP（Thr37/41）和Akt（Ser473）的翻译和磷酸化明显增加，这促进了mTORC1活性，以响应生长因子信号（图1g）。这些结果显示：YAP 5SA在体外血清饥饿细胞中恢复mTORC1抑制和翻译限制。

  

 

（2）YAP在血清饥饿时诱导翻译相关基因的翻译

为了进一步了解由活性YAP控制的翻译组，作者对表达YAP 5SA的细胞和血清饥饿的对照细胞进行了Ribo-seq（图2a-b）。值得注意的是，翻译效率（ΔTE）通常由于血清饥饿而降低(I)，而在表达YAP 5SA的血清饥饿细胞（II）中ΔTE通常增加（图2a）。相反，在血清充满条件下，表达YAP 5SA的细胞和对照细胞之间的总体ΔTE没有特别不同（III）（图2a）。

 

有趣的是，对（II）中ΔTE显著增加的基因进行检查，发现了几个核糖体或翻译相关基因（图2b）。GO分析显示：在血清饥饿条件下，表达YAP 5SA的细胞中的翻译相关过程比对照细胞中的更丰富（图2c）。事实上，基因集富集分析（GSEA）的选择性“核糖体亚基”基因集显著富集在血清饥饿YAP 5SA表达细胞（图2c）。相比之下，来自相同样本的RNA-seq数据的GO和GSEA并未显示，相对于对照细胞，血清饥饿的表达YAP 5SA的细胞中翻译相关基因的转录显著增加（图2d）。

 

这些结果共同表明，YAP 5SA在血清饥饿细胞中选择性地积极促进翻译或核糖体相关基因的翻译。

 

（3）YAP覆盖血清饥饿诱导的mTORC1抑制来驱动帽依赖翻译

mTORC1主要调控含有5'TOP的转录本的翻译，其中包括许多翻译机制的编码成分，包括在血清饥饿条件下被YAP 5SA上调的基因（RPL41，EEF1A1等）（图2b）。因此，在Ribo-seq数据集中检查了含有5'TOP转录本的翻译。Ribo-seq结果的累积分布图显示，与对照细胞相比，在血清饥饿的情况下，表达YAP 5SA的细胞中，含5'TOP转录本的翻译效率显著提高（图3a）。

 

接下来全面分析了mTORC1信号传导。与观察到的S6磷酸化模式一致，S6K1和4E-BP的模式也被YAP 5SA拯救，但不被TEAD结合缺陷突变体YAP 5SA- s94a拯救（图3b）。此外，在血清饥饿的细胞中，YAP 5SA增加了ERK1/2 Thr202/Tyr204位点的磷酸化和AKT Ser473位点（mTOR靶点）的磷酸化，而不是Ser308位点（PDK1靶点）的磷酸化。

 

为了证实mTORC1参与了YAP诱导的翻译，作者检测了mTORC1抑制剂AZD8055的作用。AZD8055消除了YAP 5SA诱导的S6磷酸化、翻译诱导（图3c）和软琼脂集落（图3d）。

 

最后，血清饥饿消除了m7GTP 5'帽结合蛋白eIF4E与3'poly(A)结合蛋白PABP-C1的关联，但这种介导mRNA循环化的关联通过YAP 5SA的表达得以恢复（图3e）。这些结果共同表明，YAP 5SA在血清饥饿细胞中选择性地驱动含有5'TOP的转录本的翻译，从而增加了翻译机制成分并上调了一般翻译。

 

（4）血清饥饿时DDIT4转录的上调受到YAP的抑制

YAP 5SA选择性地增加血清饥饿细胞的全局翻译，这种作用可能是通过调节在血清饥饿条件下特定基因的表达来实现的。

 

作者比较了正常或血清饥饿条件下表达YAP 5SA和对照MCF10A细胞的RNA-seq表达谱（图4a）。在血清饥饿细胞中YAP 5SA显著上调的基因中，有249个基因与对照细胞中血清饥饿下调的基因重叠。此外，226个基因表现相反（图4b）。相对于已建立的mTOR信号相关基因列表（KEGG_MTOR），对总共475个重叠基因进行筛选，只得到一个基因，即DNA损伤诱导转录本4 (DDIT4)（图4b）。值得注意的是，在被YAP 5SA下调的基因中发现了DDIT4，这表明YAP介导了其转录抑制。

 

DDIT4在缺氧和mTOR信号失活时的诱导作用被YAP 5SA6完全抑制（图4c），这表明DDIT4是YAP/TAZ和mTOR信号传导之间的真正联系。鉴于血清饥饿抑制翻译和mTORC1活性，那这种长期治疗是否会诱导DDIT4表达，以及YAP 5SA是否会消除这种作用？

 

在血清饥饿的细胞中，DDIT4 mRNA和蛋白水平上的表达随着S6磷酸化的降低而逐渐增加（图4d-e）。此外，血清饥饿对DDIT4表达的影响被YAP 5SA显著抑制（图4d）。这一发现表明这种作用是由YAP与TEADs结合介导的。

 

而且，诱导DDIT4表达大大减弱了YAP 5SA介导的血清饥饿细胞中翻译和S6磷酸化的增加（图4f）。软琼脂集落形成实验显示，DDIT4表达显著抑制YAP 5SA诱导的集落形成（图4g）。

 

（5）DDIT4抑制GPCR突变型葡萄膜黑色素瘤细胞的致瘤性

葡萄膜黑素瘤（UMs）经常携带GNAQ或GNA11突变，这些突变导致相应G蛋白的组成性激活，从而使细胞对外部血清状态无反应。Hippo通路受G蛋白偶联受体信号的调控，而YAP/TAZ是G蛋白突变的UMs的致瘤特性所必需的。因此，假设YAP/ TAZ-DDIT4-mTORC1轴对翻译的调控可能在这种情况下发挥关键作用。

 

在GNAQ突变体92.1 UM细胞中，YAP被组成性去磷酸化（图5a）。相反，它在BRAF突变的OCM1 UM细胞中被磷酸化。但尽管在OCM1细胞中激活了YAP，但翻译并没有增加，这进一步支持了BRAF突变的UMs并不特别依赖于YAP/TAZ44的观点。

 

在强力霉素诱导的DDIT4表达系统的稳定的92.1和OCM1细胞系中，强力霉素处理后，翻译和S6磷酸化均被显著抑制，但在Tet-ON DDIT4 OCM1细胞中，这种影响可以忽略不计（图5b）。

 

以上结果确定了DDIT4和mTOR在G蛋白突变的具有组成性YAP激活的UMs翻译调控中的重要性，接下来评估这些细胞的致瘤潜力。在92.1细胞中，强制表达DDIT4或AZD8055处理显著减弱了软琼脂中集落形成（图5c）和迁移（图5d）。

 

最后，通过皮下注射Tet-ON DDIT4 92.1或OCM1细胞到裸鼠的侧翼来评估其体内的致瘤能力。在注射Tet-ON DDIT4 92.1细胞的小鼠中，用多西环素治疗的小鼠显著减少了肿瘤体积和重量（图5e-f）。总的来说，这些数据表明，具有组成性YAP激活的G蛋白突变的UMs比具有无活性YAP的BRAF突变的UMs更依赖于DDIT4-mTOR介导的翻译调节来实现其致瘤特性。

 

 

研究结论

靶向翻译机制为YAP/ TAZ驱动的癌症提供了希望

 

本研究探讨了细胞如何通过协调Hippo和mTOR两种信号通路来管理它们的大小和增殖。由于这些通路是正常发育的基础，它们的失调导致许多疾病，包括许多癌症。特别是，该研究旨在了解Hippo通路的YAP和TAZ效应物如何影响细胞中mTOR介导的蛋白质合成，这是一个以前不清楚的过程。本研究结果表明，在培养细胞和小鼠中，即使细胞被剥夺营养，YAP和TAZ也能保持活跃的蛋白质合成。由于生长信号的自给自足是癌症的一个关键标志，靶向这一轴可能是一种新颖而有效的治疗策略。

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