HSP90的K754丁酰化对5-FU耐药性有显著贡献

尽管手术和化疗取得了重大进展，但耐药性仍然是癌症治疗成功的障碍，也是该病高死亡率的原因。在涉及DNA修复、膜转运、自噬和线粒体功能障碍的某些信号通路中发现了基因突变，但基因组改变不能完全解释化学耐药性的复杂机制。翻译后修饰（PTM）增加了蛋白质在生理和病理过程中的功能多样性。基于高分辨率质谱（MS）的蛋白质组学的最新突破为鉴定各种生物体中的新型PTM铺平了道路，但对新型赖氨酸（K）酰化修饰的生物学功能知之甚少。PTM显著提高了蛋白质的复杂性，但新型赖氨酸酰化修饰的功能和确切机制尚不清楚。化疗耐药性仍然是成功治疗的一个艰巨挑战。

2023年7月18日，广州医科大学李斌通讯在Cell Discovery 在线发表了题为“Lysine butyrylation of HSP90 regulated by KAT8 and HDAC11 confers chemoresistance”的研究论文，该研究揭示受KAT8和HDAC11调控的HSP90赖氨酸丁酰化产生化疗耐药性。该研究发现赖氨酸丁酰化（Kbu）在化疗耐药的肿瘤细胞和组织中特异性上调。通过整合丁酰组图谱和功能获得/丧失实验，HSP90中的赖氨酸754（HSP90K754）被鉴定为Kbu的底物。Kbu修饰导致HSP90在食管鳞状细胞癌（ESCC）中的过度表达，并在复发样本中进一步增加。HSP90的上调有助于5-FU耐药，并可预测癌症患者的不良预后。

从机制上讲，HSP90 K754分别由KAT8和HDAC11作为写入器和擦除器协同调节；SDCBP通过与HDAC11竞争性结合增加HSP90的Kbu水平和稳定性。此外，用先导化合物V020-9974阻断SDCBP可以靶向HSP90 K754以克服5-FU耐药性，构成一种潜在的治疗策略。总之，该研究表明，HSP90的K754丁酰化对5-FU耐药性有显著贡献。通过与HDAC11的竞争性结合，SDCBP调节HSP90的Kbu修饰和稳定性。SDCBP-HSP90与先导化合物相互作用的药理学抑制提供了克服化疗耐药性的潜在策略。

赖氨酸丁酰化（Kbu）是一种新的PTM，存在于组蛋白和非组蛋白中。Kbu已在真菌、植物和动物中被鉴定，但缺乏人类非组蛋白Kbu修饰的全球前景。更重要的是，负责Kbu在人体内沉积和清除的写入器和擦除器尚未被报道。在本研究中，在新鉴定的赖氨酸酰化修饰中，与亲代细胞相比，氟尿嘧啶（5-FU）耐药（FR）食管鳞状细胞癌（ESCC）细胞中只有Kbu的水平发生了显著变化，因此成为研究重点。在此，研究者对5-FU耐药ESCC细胞的丁酰组的定量分析以及功能研究表明，热休克蛋白90（HSP90）中赖氨酸754（K754）的Kbu修饰对化疗耐药性有显著贡献，HSP90是一种参与信号转导和蛋白质降解的高度保守的分子伴侣。并对HSP90Kbu的酰化酶和脱酰酶进行了研究。

HSP90是一种重要的分子伴侣蛋白，调节300多个客户蛋白的稳定性和活性，其中许多参与癌症的进展。据报道，几种类型的PTM，如磷酸化、乙酰化和SUMO化，可以调节HSP90的活性，并根据客户蛋白和细胞的需要对其进行微调。在这里，研究者提供了第一个证据，证明HSP90的Kbu修饰增强了其蛋白质稳定性，从而驱动癌症细胞的化疗耐药性。PTM是动态和可逆的修饰，识别相应的写入器和擦除器对于破译调节机制至关重要。尽管最近发现两种乙酰转移酶CBP和P300催化组蛋白的Kbu修饰8，但负责非组蛋白中Kbu沉积或去除的酶尚不清楚。研究者首次揭示了KAT8是HSP90Kbu的写入器，HDAC11是HSP90KB的擦除器。不能排除其他写入物或擦除物也存在的可能性，因此，确定这些酶如何协同发挥精细的调节作用，需要进一步的详细研究。

为了研究新发现的赖氨酸酰化修饰对癌症化疗耐药性的影响，研究者使用九个赖氨酸酰基化pan抗体以及二甲基赖氨酸和三甲基赖氨酰化pan抗原来比较他们之前建立的配对5-FU敏感/耐药ESCC细胞。研究者注意到，在5-FU耐药 ESCC细胞中，仅Kbu的明显增加，而其他赖氨酸酰化修饰没有明显增加。Kbu在癌症中的功能作用目前尚不清楚。为了绘制5-FU耐药细胞的丁酰组图，在高分辨率液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）分析之前，使用Kbu泛抗体偶联珠来富集修饰的肽。与亲本细胞相比，研究者总共在5-FU耐药细胞中的105个差异表达的Kbu蛋白（DEKPs）中鉴定了123个差异表达Kbu位点（DEKSs）。

亚细胞定位分析显示，近一半（46.08%）的DEKPs定位在细胞质中。接下来，检查了已鉴定的Kbu位点两侧的氨基酸，在Kbu位点的-1和+1位置发现了带负电荷的氨基酸富集。此外，通过DEKS的聚类分析定义了四个不同的丁酰亚群（Q1、Q2、Q3和Q4）。Q1（<0.667）和Q2（0.667–0.769）亚组包括Kbu水平降低的修饰位点，而Q3（1.3–1.5）和Q4（>1.5）亚组包含Kbu水平增加的修饰位点。基因本体论（GO）富集分析提示了DEKPs在化疗耐药性中的可能功能。此外，蛋白质结构域富集分析显示，DEKPs含有许多功能结构域，如HSP90的N端。

赖氨酸丁酰组在癌症化疗耐药性中的分布及Kbu修饰HSP90的重要作用（图源自Cell Discovery ）

该研究旨在揭示Kbu修饰在癌症中的生物学和临床意义，并筛选和验证赖氨酸乙酰转移酶8（KAT8）和组蛋白脱乙酰酶11（HDAC11）作为Kbu的写入者和擦除者。该研究还确定了HSP90的Kbu修饰是否由多配体聚糖结合蛋白（SDCBP）通过竞争性蛋白结合来调节。此外，用先导化合物对HSP90Kbu的药理学抑制结果表明了克服化疗耐药性的潜在治疗策略。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41421-023-00570-y

（原标题：Cell Discov | 广州医科大学李斌团队发现HSP90赖氨酸丁基化产生化学耐药的调控新机制）