Nature子刊：Uhrf1是KRAS诱导肺腺癌发生的中介物

导读

KRAS是肺癌的常见驱动因素。为了确定肺癌中KRAS特异性的脆弱性，我们对来自Kras突变小鼠肺癌模型的初级球体进行了RNAi筛选，发现了一个表观遗传调控因子泛素样蛋白，包含PHD和环指结构域1(Uhrf1)。在人肺癌模型中，uhrf1基因敲除仅选择性地抑制K、R、A、S、L、L、S等细胞的生长和诱导细胞凋亡。对缺失uhrf1的KRAS突变细胞进行基因甲基化和基因表达分析，发现DNA低甲基化导致肿瘤抑制基因(TSG)上调。一个聚焦的CRISPR/Cas9筛查证实了这些TSG中的几个是uhrf1驱动的肿瘤发生的中介。在体内，uhrf1基因敲除抑制了KRAS驱动的小鼠肺癌模型的肿瘤生长。最后，在肺癌患者中，uhrf1的高表达与TSG的表达呈反相关，并预测KRAS突变肿瘤患者的预后较差。这些结果表明uhrf1是KRAS特有的易损性，也是治疗干预的潜在靶点。

论文ID

题目：UHRF1 is a mediator of KRAS driven oncogenesis in lung adenocarcinoma

译名：Uhrf1是KRAS诱导肺腺癌发生的中介物

期刊：Nature Communications                                   

IF：16.6

发表时间：2023.7.5

通讯作者单位:加州大学

DOI号：https://doi.org/10.1038/s41467-023-39591-2

主要内容

DNA甲基化异常引起的表观遗传学改变可能会导致抗增殖和促凋亡基因的表达改变，从而促进癌症的发展。这些表观遗传学改变可能与癌基因协同作用，通过放大和/或补充癌基因的促肿瘤作用来促进肿瘤的进展。在这里，我们描述了致癌的KRAS和表观遗传调节因子uhrf1之间的合作，uhrf1似乎对肺肿瘤的发生至关重要。通过结合基因工程小鼠模型、源自这些模型的原发肿瘤细胞的功能缺失RNAi筛选以及人类非小细胞肺癌细胞系的3D培养，我们发现UHRF1在kras驱动的肿瘤发生中起关键作用。在体外，在小鼠和人类非小细胞肺癌模型中，uhrf1基因敲除可抑制3D生长并导致细胞凋亡。在肺癌的GEM模型中，uhrf1的缺失导致肿瘤数量和肿瘤大小的减少，并显著延长生存期，即使在由Kras激活和p53缺失驱动的高度侵袭性的模型中也是如此。事实上，在这些小鼠中，我们没有检测到uhrf1完全缺失的任何肿瘤，这表明uhrf1的表达对肿瘤的发展很重要。在携带KRAS突变的肺癌患者中，uhrf1的高表达与肿瘤抑制基因的表达呈反相关，并预测患者的预后较差。总之，我们的数据表明，uhrf1通过诱导TSG启动子区域的超甲基化导致它们的表达减少而参与KRAS驱动的肿瘤发生。我们发现至少80种肺癌特异性tsg受UHRF1调控。其中许多TSG是WnT/β-连环蛋白途径的抑制子或参与细胞凋亡激活的基因。虽然uhrf1驱动的这些TSG的有限子集，例如CDH13或RASSF1，已经在体外的肺癌细胞系中显示出超甲基化，但在这里，我们证明uhrf1对TSG表达有更广泛的影响。我们假设，这种对大量TSG的广泛影响是导致uhrf1在肺癌中发挥作用的原因。

Uhrf1的缺失抑制了原代小鼠非小细胞肺癌球体的三维生长

甲基化驱动的致瘤表型在结直肠癌中得到了最好的描述，先前的研究也表明uhrf1在结直肠癌中起着中介作用。独立地，KRAS也被证明在体外可以驱动结直肠癌细胞中TSG启动子的高甲基化。此外，在大肠癌细胞系中的实验表明，KRAS通过ZNF304诱导启动子超甲基化和肿瘤抑制基因的转录沉默，ZNF304是一种将含有DNMT1的复合体招募到DNA上的蛋白质。ZNF304在肺肿瘤中不高表达，在携带KRAS突变的肺腺癌患者中，它的表达与uhrf1的表达显著负相关(补充图7C)，这表明uhrf1可能相反地介导了KRAS驱动的肺癌的这一表型。总的来说，我们的结果表明，肺癌中由uhrf1调控的TSG与结直肠癌中uhrf1调控的那些不重叠，这可能是由于组织特异性的影响。

CRISPR/Cas9基因敲除的uhrf1抑制依赖KRASs的人肺癌细胞的三维生长

虽然uhrf1的表达通常被认为是以细胞周期依赖的方式调节的，但对KP小鼠肺肿瘤的免疫荧光成像显示，uhrf1存在于细胞周期的不同阶段，包括G1和G0，这表明其在肺癌中的细胞周期依赖性表达被解除。因此，我们假设突变的KRAS对uhrf1的调控至少部分是细胞周期无关的。然而，这种改变uhrf1表达的确切机制还需要进一步的研究。

虽然KRAS的多个近端效应器是众所周知的，但这些信号通路如何导致基因转录的调控仍然知之甚少。具体地说，表观遗传调节因子和KRAS诱导的肿瘤发生之间的机制联系还没有完全被探索。在最近的一项研究中，Tew、Durand及其同事检查了致癌KRAS与胰腺癌甲基化之间的联系，发现KRAS基因敲除后DNA甲基化的变化是非常特异的，这导致了细胞系之间的异质性。与这些观察结果一致，我们发现受到KRAS基因敲除的两个肺细胞系之间的差异甲基化几乎没有重叠，同时注意到与对照细胞相比，CpG甲基化变异性显著增加。作者还证明了KRAS驱动的甲基化变化不依赖于规范的MAPK信号，并指出了其他效应器。我们的观察表明，在肺癌中，uhrf1可能是KRAS的一个潜在的效应者，它介导了它在DNA甲基化中的作用。

先前的研究表明，在RAS驱动的癌症的临床前模型中，联合抑制表观遗传调节因子，如HDAC或BET蛋白，以及抑制MEK或PI3K是有效的，支持表观遗传调节因子可能在KRAS驱动的肿瘤发生中起作用的一般概念。与此相一致，我们在这里显示了基因消融uhrf1与KRAS G12C、MEK或PI3K的药理抑制相结合，在体外对KRAS突变的肺癌细胞产生协同的抗增殖作用。因此，我们的工作表明，联合靶向uhrf1和KRAS可能构成一种可行的治疗KRAS突变癌症的方法。

最近的一项研究还发现，已知的化疗药物，包括阿霉素或米托蒽醌，可以抑制uhrf1与半甲基化DNA的结合，这表明这些药物至少有一部分作用可能是uhrf1抑制的结果。此外，最近已经描述了专门针对uhrf1的串联Tudor结构域(TTD)的小分子。因此，在未来，靶向化学抑制uhrf1在癌症中的作用可能成为可能。此外，Pappalardi和他的同事最近报道了一种可逆的DNMT1选择性小分子抑制剂。在这里，我们表明，在KRAS突变的癌细胞中，用这种抑制物处理产生了类似于uhrf1基因消融的效果。因此，我们推测，DNMT1抑制剂的治疗可能构成uhrf1靶向的替代，并可能成为治疗KRAS驱动的癌症的一种潜在的治疗方法。此外，最近在靶向蛋白质降解方面的进展，包括分子胶和PROTAC，表明这些方法是针对以前被认为不可药物的基因的可行策略。我们的研究表明，uhrf1可能是降解剂的一个很好的靶点，携带KRAS突变的肿瘤患者可以从这种方法中受益最大。

在人KRAS突变肺腺癌中，uhrf1的高表达预示着低存活率

总结

最后，uhrf1抑制可能成为免疫检查点抑制物(ICI)治疗的良好组合。ICIS已成功用于肺癌治疗近十年，在一些患者中看到了持久的反应。然而，来自临床的数据显示，携带Keap1共突变的KRAS突变肿瘤患者对ICIS的反应较差。同样，携带Keap1共突变的KRAS G12C患者对KRAS G12C抑制剂(Sotorasib)的应答率较低。这表明Keap1的表达受损或低表达导致这些患者的反应较差。鉴于uhrf1的高表达先前被证明通过其启动子区域的超甲基化导致Keap1水平下降，我们推测uhrf1与ICIS或KRASG12Cis共同靶向，至少在Keap1野生型患者中，可能通过消除uhrf1对Keap1的抑制作用而改善对这些治疗的反应。我们在uhrf1耗尽细胞中使用sotorasib的数据为这一策略提供了第一个概念验证。

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41467-023-39591-2

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