PRMT4

【导读】癌细胞自主改变代谢途径以响应微环境中动态的营养条件，以维持细胞的生存和增殖。更好地了解这些适应性改变可能揭示癌细胞的脆弱性。 9月12日，安徽医科大学郭继政研究团队在期刊《Cell Death&Disease》上发表了研究论文，题为“The NRF2-CARM1 axis links glucose sensing to transcriptional and epigenetic regulation of the pentose phosphate pathway in gastric cancer”，本研究中，研究人员证明了辅助激活因子相关精氨酸甲基转移酶1 (CARM1)在胃癌中频繁过表达，并预测胃癌患者的不良预后。胃癌细胞感知到细胞外葡萄糖含量的降低，导致NRF2的激活。随后，NRF2介导经典抗氧化途径以消除低糖诱导的活性氧簇积聚。研究人员发现NRF2与CARM1启动子结合，上调其表达，并触发高甲基化。这种脱氢酶的上调由H3R17me2修饰驱动，使葡萄糖碳通量重定向于磷酸戊糖途径。这种重定向有助于核苷酸合成和氧化还原稳态，并最终促进癌细胞的生存和生长。在低糖条件下，NRF2或CARM1敲低导致H3R17me2a降低，同时伴有葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的降低。综上所述，本研究揭示了CARM1在调节肿瘤代谢转换中的重要作用，并确定了CARM1作为胃癌治疗的潜在治疗靶点。 https://www.nature.com/articles/s41419-024-07052-3#Sec30 背景知识  01  营养物质(尤其是葡萄糖)的供应有限，给实体肿瘤的生存带来巨大障碍，但癌细胞的重要标志——代谢重写，使其能够优化利用稀缺的营养物质。癌细胞在营养获取和利用方面的高度适应性和灵活性维持了它们在营养不良环境中的生存和生长。癌细胞的代谢依赖性不同于正常细胞，也是肿瘤细胞的"阿喀琉斯之踵"。 作为肿瘤细胞代谢的重要组成部分，葡萄糖代谢为其他重要代谢途径，包括核苷酸、脂类和氨基酸的合成提供必要的中间产物和前体。磷酸戊糖途径(PPP)是一种主要的葡萄糖分解代谢途径，由氧化和非氧化分支组成。氧化支包括三个不可逆的反应，将糖酵解中间体转化，包括葡萄糖-6-磷酸(G6P)转化为核糖-5-磷酸(R5P)，并产生NADPH。NADPH提供还原性，并被用于许多合成代谢反应和抗氧化防御，这是细胞生存和生长所必需的。非氧化PPP分支包括一系列可逆性反应，这些反应调节糖酵解和PPP之间的碳通量，以满足细胞的代谢需求。越来越多的证据表明，PPP通量增强并与许多人类癌症的进展和耐药密切相关。在癌细胞中，由于不同类型的人类癌症的高度异质性，PPP活性在特定的应激条件下受到不同机制的严格控制。然而，癌细胞如何通过感知环境葡萄糖来协调葡萄糖通量仍不完全清楚。 CARM1增强低糖条件下胃癌细胞的恶性行为  02  葡萄糖饥饿诱导的CARM1表达上调提示其可能在胃癌细胞应对低糖应激中发挥重要作用。研究人员假设CARM1在低糖条件下促进细胞存活和增殖。在低糖条件下，敲低CARM1显著延迟了MGC-803和AGS细胞的增殖和克隆形成能力。流式细胞术分析显示，敲除CARM1后，G0/G1期细胞比例显著增加，S期细胞比例显著减少，表明细胞周期进程受到显著抑制。接下来，研究人员研究了CARM1是否调节核苷酸合成。在正常糖条件下，CARM1缺失对细胞上述恶性行为的影响明显弱于低糖培养。这些结果强烈表明，CARM1在营养缺乏条件下对胃癌细胞的增殖和生存起着更关键的作用，突出了其在低糖条件下的功能意义。 CARM1可增强低糖环境下胃癌细胞的恶性行为 葡萄糖剥夺显著增加MGC-803和AGS细胞内ROS水平，而敲低CARM1导致胃癌细胞内ROS水平进一步增加，表明CARM1参与细胞内ROS的调控。与这些结果一致，葡萄糖剥夺降低了胃癌细胞中的GSH/GSSG比值和NADPH含量，而CARM1的缺失进一步导致GSH/GSSG比值和NADPH含量更明显的降低。 葡萄糖剥夺产生的ROS与癌症细胞凋亡的诱导密切相关。在低糖条件下，与亲本细胞(CARM1野生型)相比，CARM1敲低的细胞有更高的凋亡率。研究人员进一步测定了CARM1敲低细胞在氧化应激条件下的活力。与亲本细胞相比，CARM1敲低细胞对H2O2的耐受性较低。这些数据表明，CARM1在保护癌细胞免受葡萄糖饥饿引发的凋亡和氧化损伤中是必不可少的。 为了进一步评估CARM1对肿瘤生长的影响，研究人员将野生型和CARM1敲除的AGS细胞通过皮下注射的方式注射到裸鼠体内。结果显示，当这些细胞在不利的皮下环境中生长时，CARM1的缺失导致它们失去了生长优势。 G6PD 和 H3R17me2 在胃癌中上调表达  03  为了探讨研究人员发现的G6PD与H3R17甲基化相关且在葡萄糖饥饿条件下在胃癌细胞中上调的临床相关性，研究人员对人原发性胃癌组织样本中的G6PD表达和H3R17甲基化水平进行了IHC分析。IHC染色和直接免疫印迹分析显示，G6PD在胃肿瘤组织中过度表达，H3R17的甲基化水平在肿瘤组织中高于正常对照组织。这与研究所示的结果一致，NRF2的超激活、CARM1的水平、G6PD的表达和H3R17的甲基化之间存在显著且正相关的关系。总之，这些发现揭示了NRF2-CARM1轴在调控胃癌PPP方面的新作用。 研究小结  04 总之，本研究表明，NRF2在葡萄糖剥夺导致的细胞内ROS水平升高的刺激下被激活。NRF2通过经典的抗氧化途径上调抗氧化基因的表达。细胞通过NRF2将ROS信号传递给CARM1，以表达葡萄糖缺乏的信号。CARM1的上调导致H3R17的超甲基化，进而上调G6PD并促进PPP活性。CARM1-依赖的PPP活性增强产生ROS清除的中间代谢产物和核酸，从而促进胃癌细胞在代谢压力下的生存和生长。这些发现对于基于CARM1的胃癌患者的精准治疗策略的发展具有重要意义。 【参考资料】 https://www.nature.com/articles/s41419-024-07052-3#Sec30 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

本文为转化医学网原创，转载请注明出处 作者：Jerry 导读： 环状RNA（circRNAs）在癌症进展和转移中发挥着重要作用。然而，非小细胞肺癌（NSCLC）中circRNAs的表达谱及其生物学功能尚不清楚。 近日，江苏大学联合南通大学研究人员在期刊《Molecular Cancer》上发表了研究论文，题为“Circ6834 suppresses non-small cell lung cancer progression by destabilizing ANHAK and regulating miR-873-5p/TXNIP axis”。本研究中， 研究人员发现circ6834是一种肿瘤抑制性环状RNA，通过与TGF-β/Smad信号通路形成负反馈调节环路来抑制NSCLC进展，是NSCLC的一种新型治疗靶点。 https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-024-02038-3#Sec26 研究背景 01 肺癌是全球最常见的癌症，平均五年生存率仅为15-20%。非小细胞肺癌（NSCLC）约占所有肺癌病例的85%，可以分为腺癌、鳞状细胞癌和大细胞癌。尽管NSCLC的诊断和治疗有所改善，但死亡率仍然很高。因此，更好地了解NSCLC的发病机制并识别新的生物标志物和治疗靶点对于NSCLC的治疗至关重要。 环状RNA（circRNA）是一种具有闭合环状结构的非编码RNA。circRNA通过作为miRNA海绵、转录和剪接调节剂、蛋白质支架和翻译调节剂来调节基因表达。已有研究表明，circRNA在包括癌症在内的许多疾病的病理过程中起着关键作用。越来越多的研究表明，circRNA在NSCLC的发展和进展中发挥着重要作用。例如，circHMGB2在NSCLC中上调，通过与miR-181a-5p相互作用来调节CARM1的表达，从而促进NSCLC细胞增殖和抗PD-1抵抗。研究表明，circSCAP通过调节SF3A3蛋白的泛素化和激活p53信号通路，在NSCLC中作为肿瘤抑制因子发挥作用。这些发现表明，circRNA是NSCLC的重要调节因子，可能是NSCLC的潜在诊断标志物和治疗靶点。 研究进展 02 研究人员进行了功能获得型和功能缺失型研究，以确定circ6834在NSCLC进展中的生物学作用。通过qRT-PCR验证了circ6834过表达的效率。细胞生长曲线和克隆形成实验的结果表明，circ6834过表达抑制了NSCLC细胞的增殖。研究人员观察到，过表达circ6834的NSCLC细胞表现出更高的凋亡和更低的S期。随后，在过表达circ6834的NSCLC细胞中，cyclin D1和Bcl-2的蛋白水平显著降低。细胞侵袭实验的结果表明，circ6834过表达抑制了NSCLC细胞的迁移和侵袭。此外，circ6834过表达促进了NSCLC细胞的上皮表型获得。circ6834过表达显著上调了E-cadherin的表达，并降低了N-cadherin、Vimentin、Slug和Snail在NSCLC细胞中的表达。此外，研究人员评估了circ6834过表达对NSCLC细胞对化疗药物如顺铂(DDP)和奥沙利铂(OXA)的敏感性的影响。正如预期的那样，circ6834过表达显著增强了NSCLC细胞对DDP或OXA治疗的敏感性。研究还表明，与si-NC组相比，si-circ6834组中NSCLC细胞的增殖、迁移和侵袭能力显著增强。 研究人员然后分析了circ6834对NSCLC生长和转移的体内影响。小鼠异种移植瘤模型的结果显示，circ6834过表达显著抑制了肿瘤体积和肿瘤重量。通过Ki-67和TUNEL染色检测证实，circ6834过表达组中肿瘤增殖细胞数量减少，凋亡细胞数量增加。为了在体内探索circ6834在肿瘤转移中的作用，研究人员通过尾静脉注射建立了肺转移模型。与对照组相比，circ6834过表达显著抑制了NSCLC细胞的肺转移。此外，免疫组织化学分析显示，circ6834过表达组小鼠肺组织中EMT标志物如N-cadherin和Vimentin的表达降低，而E-cadherin的表达增加。 总之，这些结果表明，circ6834在体外和体内均可有效抑制NSCLC的生长和转移。 Circ6834过表达在体外和体内均可抑制非小细胞肺癌的生长和转移 研究结论 03 综上，研究人员发现circ6834在NSCLC中表达下调，并且circ6834过表达能够抑制NSCLC的生长和转移。circ6834表达可被TGF-β处理和QKI敲低所下调。同时，circ6834可抑制TGF-β诱导的Smad通路激活和上皮间质转化（EMT）。circ6834通过诱导TRIM25介导的AHNAK泛素化和降解来发挥这些作用，并作为miR-873-5p的海绵来上调TXINP表达。这些发现揭示了circ6834在NSCLC中作为肿瘤抑制因子的功能，并为NSCLC治疗提供了潜在的靶点。 参考资料： https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-024-02038-3#Sec26 【关于投稿】 转化医学网（360zhyx.com）是转化医学核心门户，旨在推动基础研究、临床诊疗和产业的发展，核心内容涵盖组学、检验、免疫、肿瘤、心血管、糖尿病等。如您有最新的研究内容发表，欢迎联系我们进行免费报道（公众号菜单栏-在线客服联系），我们的理念：内容创造价值，转化铸就未来！ 转化医学网（360zhyx.com）发布的文章旨在介绍前沿医学研究进展，不能作为治疗方案使用；如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 上海｜06月20日 ▶ 【日程公布】合成生物学前沿技术与临床应用研讨会 🕓 北京｜09月20日-21日 ▶ 第五届单细胞技术应用研讨会暨空间组学前沿研讨会欢迎您的参与！ 点击对应文字 查看详情

2024年4月4日，叶飞教授等人在Journal of Medicinal Chemistry上发表题为“Development of (2-(Benzyloxy)phenyl)methanamine Derivatives as Potent and Selective Inhibitors of CARM1 for the Treatment of Melanoma”的文章。在这篇文章中，作者等人设计了一系列高效和高选择性的CARM1抑制剂；其中，化合物17e展现出非凡的药效和选择性（IC50 = 2 ± 1 nM），同时对黑色素瘤细胞系有显著的抗增殖活性。此外，化合物17e在黑色素异种移植模型中有良好的抗肿瘤活性，这意味着该化合物作为一种潜在的抗癌药物值得进一步研究。蛋白质精氨酸甲基化是由精氨酸甲基转移酶（PRMTs）催化的一种重要的翻译后修饰。PRMTs利用S-腺苷甲硫氨酸（SAM）作为甲基供体去执行这一催化过程，从而产生S-腺苷-l-高半胱氨酸（SAH或AdoHcy）和甲基化底物。PRMT有9个成员：PRMT1到9，根据其甲基化不同可分为I型，II型和III型。I型PRMTs（PRMT1、2、3、4、6和8）催化单甲基化和不对称甲基化，产生ω-NG-单甲基精氨酸（MMA）或ω-NG和Ng-不对称二甲基精氨酸（aDMA）；II型PRMTs（PRMT5和9）催化单甲基化和对称二甲基化，产生MMA或ω-NG和NG对称二甲基精氨酸（sDMA）；III型PRMT（PRMT7）是只能催化单甲基化，专门产生MMA。与大多数的PRMTs相比，PRMT4又称为共激活因子相关的精氨酸甲基转移酶1（CARM1），表现出一个松散的作用基序，不会轻易被其他PRMTs识别，因此这是CARM1在其底物识别方面具有独特性的原因。另外，在胚胎的发育过程中，CARM1耐受性缺失意味着与靶向PRMT1或PRMT5抑制剂相比，CARM1抑制剂可能提供更广泛的治疗窗。这独特方面突出了CARM1作为治疗干预靶点的潜在优势。CARM1能够甲基化各种组蛋白和非组蛋白底物，包括H3R2、H3R17、H3R26、7RUNX1、BAF155、8PABP1、和TARPP。值得注意的是，组蛋白H3R17和H3R26的甲基化是CARM1的一个特殊的特点。因此，CARM1在多种细胞过程中发挥作用，包括细胞自噬、代谢、早期发育和mRNA的预剪接。由于其重要的生物学功能，越来越多的证据表明CARM1的过表达与多种癌症有关，包括乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌、结直肠癌、肺癌、肝癌、胃癌、白血病和黑色素瘤。另外，Kumar等人发现抑制CARM1可以通过对肿瘤细胞和T细胞的双重作用对耐药肿瘤进行免疫治疗。因此，CARM1是癌症治疗的一个潜在靶点，特别是对耐药肿瘤。作者提出目前大多数具有肿瘤抑制作用的CARM1抑制剂主要是针对血液肿瘤，而针对实体肿瘤的抑制剂却很少，其疗效也有限。因此，文章重点致力于更有效的CARM1抑制剂的开发，特别是提高对实体肿瘤的选择性和疗效。在前期研究工作中，作者报告了ZL-28-6 (6)对CARM1表现出强效的抑制作用，但其选择性没有明显提高（图1）。因此，对化合物6进行结构修饰旨在进一步提高该化合物的选择性和抑制活性。图1 化合物6的结构及生物活性作者把化合物6的化学结构分为三个部分。首先，N, N-二甲基乙二胺的尾部基团插入入口通道，模拟底物精氨酸的侧链，与残基E257和E266形成氢键和盐桥，这对CARM1的催化活性至关重要。第二，中间的苯环与保守的疏水界面相互作用。第三，位于非保守区域的头部基团。此外，该化合物两个芳环之间的乙氧基增加了两个芳香环之间的灵活性，导致π−π与F152的相互作用；头部基团的氯原子与Q148形成卤素键，从而增加了对CARM1的抑制活性。（图2）图2 化合物6与CARM1的相互作用因此，作者以化合物6作为先导化合物，针对头部和尾部进行结构修饰得到一系列衍生物，评价了合成衍生物对CARM1和PRMT1的抑制活性。其中与先导化合物相比，化合物14g、14h、17e、17g和17h对CARM1抑制作用更好，同时对PRMT1抑制活性较弱（表1）。初步评价了这五个化合物在浓度为1 μM和10 μM下在A375和A2058黑色素瘤细胞系中的抗增殖活性，结果发现这些化合物在黑色素瘤细胞系中均表现出显著的增殖抑制作用，超过了已报道的阳性CARM1抑制剂EZM2302（表2）。随后，作者评价了这些化合物在小鼠肝微粒体中的代谢稳定性，化合物17e具有较低的体外清除率（CL = 132 mL/min/kg）以及半衰期延长（T1/2 = 41.55 min），展现出较高的微粒体代谢稳定性（表3）。因此，基于酶活性、细胞活性和体外代谢稳定性的评估，作者最终选择了化合物17e进行进一步的研究。表1衍生物对CARM1和PRMT1的抑制作用表2 选定的潜在CARM1抑制剂对两种细胞系的抗增殖活性表3 化合物在小鼠肝脏微粒体中的代谢稳定性首先，评估了化合物17e对不同癌细胞和正常乳腺细胞MDA-KB2的抑制作用。结果发现该化合物对黑色素瘤细胞A375具有特异性的抗增殖作用。此外，化合物17e抑制MDA-KB2细胞生长（IC50= 6.60 μM），但比A375的抗增殖半抑制浓度值大12倍，表明其有良好的安全性。图3 化合物17e对7种细胞系的抗增殖作用接下来评价了化合物17e对不同PRMTs的选择性。结果表明该化合物对不同的PRMTs表现出良好的选择性，PRMT1超过100倍，PRMT3超过450倍，PRMT6和PRMT8的选择性均超过30倍。此外，在浓度为100 μM时，17e对PRMT5和PRMT7均无抑制作用，这些结果表明该化合物具有显著的选择性。图4 化合物17e的选择性评价随后分析了化合物17e与CARM1的结合模式，利用分子对接技术预测了CARM1/17e复合物的结构，并进行了200 ns的分子动力学（MD）模拟，结果显示化合物17e在150 ns后达到平衡（图5 A）。紧接着利用MM-PBSA方法进行MD模拟，对相对结合能进行残基分解，研究与17e结合的关键氨基酸残基。Y149、F152、Y153、Q446氨基酸与化合物17e头部的苯和噻唑环形成π−π堆叠和疏水作用；氨基酸E257、M259、E266、H414和W415与化合物17e的尾部形成氢键相互作用（图5 B-D）。值得注意的是，F152和Q446在I型PRMT中是不保守的，表明它们与化合物17e的高选择性有潜在的关键作用（图5 E）。图5 （A）蛋白质和化合物17e的RMSD运动轨迹；（B-D）化合物17e与氨基酸的相互作用模式；（E）CARM1与PRMT1、3、6和8的序列比对随后，使用细胞热位移试验（CETSA）测定化合物17e是否可以进入细胞直接与CARM1蛋白相互作用。结果表明化合物17e以浓度依赖性的方式增强了CARM1的蛋白热稳定性，说明化合物17e可以进入细胞并直接与CARM1结合（图6 A，B）。此外为了探究17e是否能抑制细胞中CARM1的甲基化活性，作者检测了与17e孵育后CARM1底物的甲基化变化。用17e处理A375细胞72 h，结果显示化合物17e以剂量依赖的方式降低不对称二甲基-PABP1和整体aDMA的水平（图6 C）。另外，在A2058细胞中，17e也呈剂量依赖性地降低了不对称二甲基-PABP1的水平（图6 D）。这些发现证实了化合物17e可以通过抑制CARM1的甲基转移酶活性来影响细胞中CARM1底物的不对称二甲基化。图6 （A-B）化合物17e与CARM1蛋白之间的相互作用；（C）化合物17e降低A375中的精氨酸甲基化水平；（D）化合物17e降低A2058中的精氨酸甲基化水平最后，作者研究了化合物17e在体内的抗肿瘤活性，通过建立A375异种移植BALB/c裸鼠，分别以10 mg/kg/d和25 mg/kg/d腹腔注射药，持续14天。结果发现，化合物17e在体内可显著抑制肿瘤生长，肿瘤生长抑制率（TGI）分别为63%（25 mg/kg）和55%（10 mg/kg）（图7 A-D），并且没有明显的毒性。此外，通过蛋白印迹分析了肿瘤组织中aDMA、PABP1和PABP1me2a的水平，结果显示不对称二甲基化显著降低，这与细胞研究的结果一致（图7 E）。图7 化合物17e在A375细胞来源的异种移植物中的体内抗肿瘤活性。（A）肿瘤体积；（B）体重；（C）化合物17e处理后小鼠肿瘤重量；（D）对照组和治疗组肿瘤体积的视觉图；（E）蛋白免疫印记检测PABP1不对称二甲基化和aDMA水平在本研究中，作者采用结构辅助药物设计，对先前鉴定的I型PRMT抑制剂化合物6进行化学修饰，得到了一系列衍生物。值得注意的是，化合物17e对CARM1表现出显著的抑制活性，并对其他PRMT表现出较高的选择性。化合物17e有效抑制各种肿瘤细胞的生长，特别是黑色素瘤A375细胞，在A375异种移植模型中也显示出了抗肿瘤活性，没有引起明显的毒性。总之，化合物17e是一种高选择性和高效的CARM1抑制剂，具有良好的药理活性。这一发现为探索精氨酸甲基化调节作为一种新的癌症治疗策略铺平了道路。原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.3c02265声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓