哈喽小伙伴们，今天小仙带来的又是一篇铁死亡相关的设计思路。同时小仙发现Advanced Science貌似对铁死亡很友好哦，前几天发的那篇铁死亡的文章也是这个杂志上的：铁死亡又登上Adv Sci！哈医大团队这次做的是“天然化合物靶向ACSL4/FTH1依赖性铁死亡途径”，干湿结合值得学习~对铁死亡感兴趣的小伙伴可以看看哦~
今天这篇文章是中国科学院覃江江研究员、程向东研究员及上海中医药大学张卫东教授团队共同完成的。研究发现了新的USP7（泛素特异性蛋白酶7）抑制剂DHPO，并揭示其诱导铁死亡的机制，为胃癌治疗提供了新的策略和理论依据。该研究结合了体外细胞实验、动物模型、scRNA测序和生物信息学分析，提供了从分子到整体的多层面证据，增强了研究结果的说服力。而且研究不仅停留在基础层面，还探讨了DHPO作为潜在药物的临床应用前景，对于转化医学研究具有重要意义。
国自然热点加持和干湿结合的研究方法给大家提供了高分文章的范例！如果你也想有耀眼的成果，但暂时缺乏创新的研究思路和生信分析，那就来找小仙吧，这里有超多适合你的高分思路哦！
定制生信分析
生信云服务器
加好友备注“22”领取试用
题目：阻断泛素特异性蛋白酶7通过靶向硬脂酰辅酶A去饱和酶诱导胃癌铁死亡
杂志：Advanced Science（IF：14.3）
发表时间：2024.5
研究背景
胃癌（GC）是一个巨大的全球健康挑战，传统治疗面临疗效限制。泛素特异性蛋白酶7 （USP7）在胃癌的发展、免疫反应和化疗耐药中起着关键作用，是一个很有前景的靶点。各种USP7抑制剂在临床前研究中显示出选择性和有效性。然而，USP7的机制作用尚未完全阐明，目前还没有USP7抑制剂被批准用于临床。
该研究的目标是开发新的特异性USP7抑制剂来治疗GC。利用已鉴定的小分子抑制剂作为实验探针，旨在探索涉及USP7的GC发生和发展的新机制和底物。此外，作者试图阐明新发现的USP7抑制剂的潜在分子机制，并评估其在治疗GC中的潜在意义。
研究思路
研究结果
GC中USP7致癌驱动因子的鉴定
作者对来自DepMap数据集的siRNA和CRISPR数据进行了全面分析，特别关注USP7。分析揭示了两个数据集中GC中USP7的显著富集，强调其与疾病的潜在相关性。随后，使用CVCDAP（一个可公开访问的癌症信息学数据库）探索了人类GC组织中USP7丰度的变化。分析显示，与正常胃组织相比，胃癌组织中USP7的mRNA表达更高。为了评估USP7对胃癌细胞增殖的影响，作者计算了TCGA、ACRG和浙江队列中所有样本中USP7 mRNA表达与Ki - 67之间的Pearson相关系数。分析表明，在所有三个数据集中，USP7和Ki‐67呈正相关。此外，作者通过128名患者的内部队列研究了USP7在胃癌中的临床相关性。通过组织微阵列免疫组化，观察到胃癌组织中USP7相对于肿瘤旁组织的上调。此外，USP7表达升高与GC预后不良相关。这些观察结果强调了USP7在胃癌中的临床意义，并强调了其作为治疗靶点的潜力。
基于硅结构的GC细胞筛选鉴定了一种新的USP7抑制剂
作者进行了基于硅结构的筛选，然后进行了细胞毒性GC细胞测定。最后，一种被称为DHPO （2α，6α‐二乙酰氧基‐4β‐羟11‐假愈血素‐12,8α‐内酯，分子量= 366 g mol−1）的化合物从两个筛选中脱颖而出，成为与USP7结合并在GC细胞中具有细胞毒性作用的首选候选化合物。作者进一步评价了该化合物的抗GC活性。结果显示，DHPO处理导致MGC803和MKN1细胞活力的浓度依赖性下降。LC/MS分析显示DHPO与重组USP7蛋白结合。为了进一步确定对结合过程至关重要的残基，作者进行了质谱分析，结果表明DHPO在GC细胞中与催化Cys300共价结合。
DHPO体外和体内抑制胃癌的生长和转移
为了进一步探讨DHPO的抗GC作用，作者对MGC803细胞进行了RNA-seq分析，并鉴定了处理和未处理细胞之间的DEGs。共有172个上调基因和266个下调基因显著差异表达。通过富集分析显示，DEGs与细胞增殖相关的信号通路以及转移相关的信号通路有关。这些结果表明DHPO抑制胃癌细胞的生长和转移。在集落形成实验中，DHPO显著降低了GC细胞的克隆生成潜能。与对照组相比，使用抑制剂处理的细胞中菌落的数量和大小明显减少。在伤口愈合实验中，与对照组相比，DHPO延迟了伤口的闭合。同样，在transwell实验中，与对照组相比，DHPO处理的细胞GC细胞的侵袭性显著降低。这些结果表明，USP7抑制剂DHPO对体外胃癌细胞的致瘤潜能具有强大的抑制作用。
使用MGC803‐Luc和MKN1‐Luc细胞系衍生的原位肿瘤小鼠模型评估DHPO的体内功效和毒性。与对照相比，DHPO处理组的肿瘤生长显著降低，且DHPO处理在任何剂量下都没有引起体重的显著变化。作者还研究了DHPO治疗对肝脏、腹膜和脾脏转移的影响。结果显示，与对照组相比，5和10 mg kg−1剂量的DHPO均能有效抑制脾脏和肝脏转移性肿瘤结节。肝脏、脾脏和肾脏等重要器官的组织学分析显示，与对照组相比，两个DHPO处理组均未出现毒性或损伤迹象。
USP7抑制剂DHPO诱导GC铁死亡
为了更深入地研究DHPO在GC细胞中的潜在机制，作者对MGC803细胞进行了基于TMT的蛋白质组学研究，DHPO或DMSO处理24小时后，共有139个蛋白表现出显著的差异表达;其中上调104个，下调35个。在DHPO处理的MGC803细胞中，差异表达蛋白在铁死亡途径中表现出初级富集。透射电镜分析显示，DHPO处理的NUGC4细胞线粒体萎缩，膜密度增强。与DMSO对照相比，DHPO处理的MGC803和AZ521细胞中的脂质ROS增加。为了特异性地敲低MGC803细胞中USP7的表达，作者使用了靶向USP7的siRNA。USP7敲低增加了脂质ROS的生成。为了进一步验证这些发现，使用靶向USP7的shRNA下调AZ521细胞中USP7的表达。与对照细胞相比，USP7敲低细胞中的脂质ROS水平升高，并且这种效应与铁下沉抑制剂Fer‐1是可逆的。无论用DHPO、FT671或P5091处理MGC803和AZ521细胞，均观察到MDA含量积累。在DHPO和FT671处理的AZ521细胞中观察到铁过载，而在P5091处理的细胞中没有观察到铁过载。在靶向USP7的shRNA感染的MGC803细胞中也观察到铁过载，这被Fer‐1逆转。
USP7通过去泛素化SCD对DHPO处理的反应调节铁死亡
为了确定USP7在铁死亡调控中的潜在底物，作者研究了DHPO处理后下调最多的10个蛋白。在这些蛋白质中， SCD是一种参与单不饱和脂肪酸生物合成的酶，在调节脂质过氧化和铁死亡中起关键作用。在MGC803、HGC27和AGS细胞中，采用Western blot和qRT - PCR方法评估USP7抑制剂DHPO对SCD表达的影响。在增加DHPO浓度处理24小时后，所有细胞系中SCD蛋白水平都以浓度依赖的方式降低，而MGC803和AZ521细胞中SCD mRNA表达以浓度依赖的方式增加。此外，当环己亚胺抑制新蛋白合成时，DHPO缩短了SCD蛋白的半衰期。MG132阻碍了SCD蛋白的降解，证实了USP7通过泛素化-蛋白酶体途径维持SCD蛋白。基于这些发现，作者提出USP7通过去泛素化SCD调节铁死亡。Co - IP验证了USP7和SCD之间的蛋白相互作用。当使用靶向USP7的siRNA或shRNA敲低USP7时，SCD的表达水平降低。与对照组相比，在MGC803细胞中敲除USP7使SCD蛋白的半衰期从5小时减少到2.5小时，表明USP7参与了SCD蛋白的稳定。敲除USP7后，DHPO对AZ521细胞SCD的抑制作用增强，进一步证实了USP7是DHPO的作用靶点。此外，USP7敲低增加了与SCD结合的多泛素链，表明USP7调节SCD去泛素化。总的来说，数据表明，DHPO对USP7的抑制增加了SCD的泛素化，加速了其蛋白酶体的降解。
USP7通过增加SCD水平促进肿瘤发生，并可作为独立的预后生物标志物
与原位肿瘤小鼠模型的结果一致，在GC PDX小鼠模型中，两种剂量的DHPO处理与对照组相比，肿瘤重量显著降低。作者还研究了DHPO对总生存率的影响。结果显示，与对照组和顺铂治疗组相比，DHPO治疗显著延长了生存期。在第36天，对照组的所有小鼠都死亡，而USP7抑制剂治疗组超过一半的小鼠存活。顺铂治疗组的生存率与对照组相似，表明在该模型中，传统化疗药物对延长总生存期的作用有限。进一步分析表明，与对照组相比，USP7抑制剂治疗组对体重没有明显的不良影响。相比之下，顺铂治疗组与其他所有组相比，体重显著减少，反映了顺铂的细胞毒性作用。总的来说，研究结果表明，5和10 mg kg - 1剂量的DHPO都能有效抑制肿瘤生长，而不会对重要器官造成明显的毒性或损伤。4 - HNE是一种高毒性且最丰富的脂质过氧化最终产物，与铁死亡有关。免疫组化结果显示，与对照组相比，DHPO处理小鼠肿瘤组织中4‐HNE蛋白的表达增加，证实了DHPO在体内诱导GC铁死亡。通过Western blot和IHC观察到USP7抑制后，GC PDX肿瘤中SCD的表达显著下调。这一发现提示，USP7抑制对SCD的下调可能有助于抑制体内肿瘤的生长。为了进一步研究USP7和SCD在空间和时间上的致癌作用，作者使用了scRNA‐seq队列并鉴定了GC细胞群。发现USP7和SCD在恶性细胞中都表现出高表达，进一步支持了USP7和SCD在GC中是强致癌基因的观点。因此，DHPO似乎是GC的一种潜在的更安全的替代或补充治疗选择。这些信息对于开发有效的癌症治疗方法至关重要，可以延长癌症患者的生存期，提高癌症患者的生活质量。
文章小结
总之，本研究提供了USP7通过抑制铁死亡作为GC治疗靶点的见解。这些发现为利用USP7降解和诱导铁死亡的GC治疗的潜在干预措施铺平了道路。
对铁死亡思路感兴趣的小伙伴可以作为参考哦！想做方案设计和生信数据分析的朋友直接滴滴小仙，如果有方案未敲定我们也可提供评估哦~
微信加群
小仙现在也有了一个专业交流群，诚邀各位一起交流学习，扫码联系备注加群就能进来。或许你现在刚踏进科研的门槛，或许学到一个新思路不知道怎么跟自己的课题更好结合，亦或者遇到科研瓶颈，不妨进来一起“头脑风暴”，兴许就能找到科研灵感。欢迎大家带着问题来找小仙~
定制生信分析
生信云服务器
加好友备注“22”领取试用
往期推荐
1 | |
2 | IF=26.8！不是吹牛，是真的牛！复旦大学团队：巨噬细胞+单细胞+脂代谢+免疫治疗热点堆堆乐，简直是好吃到不行的国自然全家桶！ |
3 |
注：资料源自网络平台和官网，版权归原作者享有，仅作分享，如有侵权，请留言联系更正或删除。
