Oncogene：CDCP1可能是肿瘤细胞存活机制
2012-02-06 MedSci MedSci原创
基于PDB文件1b2i利用PyMOL构建的纤溶酶原的结构示意图，图片来自维基共享资源。 来自美国斯克里普斯研究所的一个研究小组发现肿瘤细胞扩散到距离较远的器官时它们经常使用的存活策略的关键性组分。这一发现可能导致人们开发出抑制肿瘤患者身上发生的肿瘤转移的药物。这些研究结果在线发表在Oncogene期刊上。 从原发性肿瘤中脱离出来的细胞能够到达血液的陌生环境或者新的器官，它在正常条件下能够被
基于PDB文件1b2i利用PyMOL构建的纤溶酶原的结构示意图，图片来自维基共享资源。
来自美国斯克里普斯研究所的一个研究小组发现肿瘤细胞扩散到距离较远的器官时它们经常使用的存活策略的关键性组分。这一发现可能导致人们开发出抑制肿瘤患者身上发生的肿瘤转移的药物。这些研究结果在线发表在Oncogene期刊上。
从原发性肿瘤中脱离出来的细胞能够到达血液的陌生环境或者新的器官，它在正常条件下能够被一种已知为凋亡的过程所破坏。但是高水平表达某种细胞表面蛋白的肿瘤细胞不发生凋亡，而且极大地加强它们在距离较远的器官中定植的能力。直到现在，这种蛋白如何阻断凋亡和促进肿瘤转移一直是个秘密。
斯克里普斯研究所教授James P. Quigley说，“我们在这项研究中发现并不是这种蛋白的表达增加而是蛋白裂解酶对这种蛋白的切割保护肿瘤细胞。在肿瘤细胞中，这种切割引发阻止细胞凋亡的信号级联反应。”Quigley是这项研究的主要研究员。
Quigley实验室研究员Elena I. Deryugina是这篇研究论文的通讯作者。他说，“我们认为抑制肿瘤转移的一个明智策略就是使用结合到这种细胞表面蛋白切割位点的抗体或小分子药物阻断它被切割。”
与肿瘤患者较差治疗结果相关联的蛋白
这项研究的核心是一种称作CUB结构域包含蛋白1(CUB Domain Containing Protein 1, CDCP1)的细胞表面蛋白。2003年，Quigley实验室博士后研究员John D. Hooper发现并且共同命名CDCP1为一种“消减免疫转移抗原(Subtractive Immunization Metastasis Antigen)”，也发现它在容易发生转移的人肿瘤细胞表面高度表达。
Quigley实验室和其他实验室不久也发现额外证据表明CDCP1在肿瘤细胞能够发生转移过程中发挥关键性作用。临床研究表明CDCP1在多种肿瘤类型中存在，而且它的存在跟患者较差的治疗结果有关联。2009年，Deryugina和Quigley报道，当CDCP1在肿瘤类似细胞中表达时，它强烈地促进它们在新组织中定植，以及在Quigley实验室开发的单克隆抗体显著性地阻断CDCP1诱导的肿瘤定植(tumor colonization)。2010年，Hooper在一项细胞培养物研究中报道细胞膜上的大多数CDCP1蛋白能够被丝氨酸蛋白酶切割。这种切割事件似乎通过一种称作酪氨酸磷酸化的过程导致CDCP1内部片段的生化活化，在这种情形中涉及与癌症关联的蛋白Src。
Deryugina说，“但是在活着动物中缺乏证据表明CDCP1在生化上与阻断肿瘤细胞凋亡和成功转移存在关联。”
在这项新研究中，Deryugina和包括第一作者Berta Casar在内的同事们着手发现这些证据。
搜索证据
Hooper给斯克里普斯研究所科学家提供转化的人胚胎性肾细胞(human embryonic kidney cell, HEK)，其中HEK细胞自然条件下不表达CDCP1，但是人们可以迫使它表达CDCP1基因。Casar和 Deryugina将这些表达CDCP1的HEK细胞注射进鸡胚胎中，然后发现在这些HEK细胞上的CDCP1蛋白开始被驻留酶(resident enzyme)切割为较短形式的蛋白。96小时之后，他们检测不到全长的切割前的蛋白。表达CDCP1的HEK细胞的存活可能性是不表达CDCP1的对照 HEK细胞的4倍。他们利用表达突变的未切割形式的CDCP1蛋白的HEK细胞也获得同样的结果。这个斯克里普斯研究所研究小组然后在含有表达CDCP1 蛋白的人前列腺癌细胞的活着动物中开展实验表明丝氨酸蛋白酶切割CDCP1是促进肿瘤细胞存活的关键事件。Casar说，“当我们使用我们独特的抗 CDCP1抗体或者加入选择性抑制丝氨酸蛋白酶的化合物阻断CDCP1切割时，CDCP1没有发生切割，而且表达CDCP1的癌细胞几乎丧失了在鸡胚胎组织中的定植能力。”
Casar和Deryugina也证实在活着动物中切割CDCP1通过涉及与癌症关联的蛋白Src和PKCδ的酪氨酸磷酸化的方式导致该蛋白内部片段的生化活化，随后激活下游的抗凋亡蛋白Akt和抑制介导凋亡的酶(apoptosis-mediating enzyme)。研究小组在多种实验设置条件下证实了这些结果，包括测试肿瘤细胞在小鼠肺部定植以及测试抗Src药物达沙替尼(Dasatinib)阻断 Src信号传导。
斯克里普斯研究所科学家的另一个关键实验表明在转移性肿瘤细胞中纤溶酶(plasmin)---一种稀释血栓(blood-clot- thinning)的丝氨酸蛋白酶---是CDCP1蛋白的主要切割者。在缺乏纤溶酶前体分子纤溶酶原(plasminogen)的小鼠中，表达 CDCP1的肿瘤细胞不发生CDCP1切割，而且它们在肺部组织中几乎丧失了存活能力。
大有希望的肿瘤治疗策略
从肿瘤中脱离的肿瘤细胞通过血液流动旅行到距离较远的器官，因此它们使用血液中大量存在的酶如纤溶酶作为存活促进剂是有道理的。Quigley说，“人们长期就知道纤溶酶跟癌症存在关联。不幸的是，它在稀释血栓中发挥如此重要的功能以致于癌症患者使用纤溶酶抑制药物可能是弊大于利。”
Deryugina说，“使用抗体或者其他的CDCP1结合分子阻断CDCP1切割似乎是一种更加有希望的肿瘤治疗策略。”她和Casar正在研究这种策略。
这篇论文的其他共同作者是Hooper实验室的Yaowu He和Mary Iconomou。(生物谷：towersimper编译)
Blocking of CDCP1 cleavage in vivo prevents Akt-dependent survival and inhibits metastatic colonization through PARP1-mediated apoptosis of cancer cells
B Casar, Y He, M Iconomou, J D Hooper, J P Quigley and E I Deryugina
The CUB domain-containing protein-1 (CDCP1) is a transmembrane molecule that has recently been implicated in cancer progression. In this study we have established a novel mechanism for initiation of CDCP1-mediated signaling in vivo and demonstrated that specific 13570-kDa processing of cell-surface CDCP1 by extracellular serine proteases is a prerequisite for CDCP1-dependent survival of cancer cells during metastasis. The in vivo cleavage of CDCP1 triggers a survival program involving recruitment of Src and PKCδ, Src-mediated phosphorylation of cell-surface-retained 70-kDa CDCP1, activation of Akt and suppression of PARP1-induced apoptosis. We demonstrate in vivo that phosphorylated Src, PKCδ and Akt all constitute activated elements of a CDCP1-signaling axis during tissue colonization of tumor cells. Preventing in vivo cleavage of CDCP1 with unique anti-CDCP1 antibodies, serine protease inhibitors or genetic modulation of the cleavage site in the CDCP1 molecule completely abrogated survival signaling associated with the 70-kDa CDCP1, and induced PARP1 cleavage and PARP1-mediated apoptosis, ultimately resulting in substantial inhibition of tissue colonization by tumor cells. The lack of CDCP1 cleavage in the lung tissue of plasminogen-knockout mice along with a coordinated reduction in tumor cell survival in a lung retention model, and importantly rescue of both by in vivo supplied plasmin, indicated that plasmin is the crucial serine protease executing in vivo cleavage of cell-surface CDCP1 during early stages of lung colonization. Together, our findings indicate that in vivo blocking of CDCP1 cleavage upstream from CDCP1-induced pro-survival signaling provides a potential mechanism for therapeutic intervention into metastatic disease.
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