Nature：突变型RAS调控细胞巨胞饮过程促进肿瘤生长

来源：BioArt

撰文 | 雪月

巨胞饮过程 (macropinocytosis) 是一种高度保守的内吞作用：胞外液体及其内容物通过较大的异质囊泡内化到细胞中。巨胞饮吞噬作用是肿瘤细胞摄取营养的重要途径，是氨基酸的重要来源【1】。运用药理作用抑制巨胞饮途径能够抑制肿瘤生长。细胞外的蛋白通过胞饮作用进入细胞后会进入溶酶体水解。水解之后的蛋白会产生包括谷氨酰胺在内的氨基酸。得到的氨基酸会参与碳代谢过程【2】。

RAS致癌基因的激活与一些有助于提高肿瘤细胞适应性相关的代谢途径有关。美国纽约大学Dafna Bar-Sagi课题组在2013年发表于Nature上一项研究中发现RAS转化的细胞会利用巨胞饮作用将细胞外的蛋白转运到细胞中，为细胞提供谷氨酰胺。RAS依赖的氨基酸供应可以支持细胞在营养有限的条件下生长。然而RAS诱导的巨胞饮过程的分子机制还知之甚少。

近日，Dafna Bar-Sagi课题组再次在Nature上再次发表RAS与巨胞饮过程的文章，题为 Plasma membrane V-ATPase controls oncogenic RAS-induced macropinocytosis 。该研究发现RAS通过腺苷酸环化酶激活蛋白激酶A（PKA），以此促进V-ATPase从细胞内膜向细胞质膜转运。V-ATPase在细胞质膜上积累对于激活胆固醇依赖性浆膜结合的RAC1是必需的，这也是细胞膜起皱褶和巨胞饮作用的先决条件。

为了探究RAS诱导的巨胞饮作用的媒介分子，作者在存在HRAS (G12V) 依赖的巨胞饮过程的Hela细胞中利用全基因组siRNA系统来筛选，以摄取荧光标记的大分子量葡聚糖的能力为标准。将巨胞饮作用抑制70%的分子利用STRING来分析发现，剪接、肌动蛋白、泛素化和V-ATPase四个信号通路与RAS诱导的巨胞饮相关。由于V-ATPase信号的变化显著以及V-ATPase在肿瘤发生和转移中扮演重要的作用，作者将研究的重点聚焦在RAS诱导的巨胞饮作用和V-ATPase的关系上。V-ATPase是一种多亚基组成的跨膜复合物，可将质子从细胞浆转导入细胞器内腔。V-ATPase能够广泛地调节细胞内运输过程。但是其在巨胞饮作用中的功能尚未有报道。利用siRNA沉默V-ATPase的重要亚基ATP6V1A（V1A）的表达导致90%巨胞饮过程遭到抑制。V-ATPase是将胆固醇从细胞器转运到细胞质膜必需的分子。RAC1是调控巨胞饮过程的重要分子，它的活性和定位依赖于细胞质膜胆固醇。抑制或者沉默V-ATPase导致细胞膜上RAC1和细胞膜胆固醇分布降低。RAS不能诱导V-ATPase缺失的细胞发生巨胞饮过程是由于RAC1细胞膜定位受损而导致胆固醇运输受到干扰。

作者发现表达野生型RAS的HeLa 细胞中V-ATPase定位在细胞浆中，表达HRAS (G12V) 或 KRAS(G12V)的细胞中V-ATPase则在细胞膜的褶皱中优先累积，胆固醇运输到细胞质膜上也未受损。如果补充细胞质膜胆固醇则能恢复细胞的巨胞饮作用。有研究显示细胞质膜上的V-ATPase定位是由可溶性腺苷酸环化酶（sAC）介导的，sAC接下来激活蛋白激酶A （PKA）。作者探究发现sAC-PKA轴位于突变RAS信号下游，V-ATPase上游。由于sAC活性受碳酸氢盐的依赖，而碳酸氢根的运输需要SLC4协同，与肿瘤发生相关【3】。运用SLC4抑制剂能够抑制细胞的巨胞饮作用。如若过表达突变的RAS则能够抵消SLC4抑制剂诱导的阻碍细胞巨胞饮作用。利用裸鼠荷瘤实验发现SLC4沉默导致肿瘤生长抑制。

综上作者证明了突变型RAS/SLC/sAC-PKA/V-ATPase细胞膜定位调控细胞质膜胆固醇运输，从而调控细胞巨胞饮过程，促进肿瘤生长。这一过程或许对肿瘤细胞适应性具有更广泛的影响。细胞质膜V-ATPase的选择性靶向治疗肿瘤的潜质也可对突变型RAS肿瘤治疗另辟蹊径。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1831-x

参考文献

1. Commisso, C. et al. Macropinocytosis of protein is an amino acid supply route in Rastransformed cells. Nature 497, 633–637 (2013).

2. 2. Kamphorst, J. J. et al. Human pancreatic cancer tumors are nutrient poor and tumor cells actively scavenge extracellular protein. Cancer Res. 75, 544–553 (2015).

3. 20. Romero, M. F., Chen, A.-P., Parker, M. D. & Boron, W. F. The SLC4 family of bicarbonate (HCO3−) transporters. Mol. Aspects Med. 34, 159–182 (2013).