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细胞凋亡是一种在正常生命过程中维护机体稳态的重要机制。凋亡失调不仅诱发肿瘤形成，还会导致对抗肿瘤治疗的抵抗。BCL-2家族凋亡相关蛋白在多种癌症中异常高/低表达，促进了肿瘤的发生发展进程以及对治疗的原发性/获得性抗性。虽然针对BCL-2的小分子抑制剂，如Venetoclax，已被证明对部分血液系统肿瘤有效并被获批临床，但其作为单一药物治疗实体肿瘤的效果很差。目前认为实体肿瘤细胞凋亡的调控机制可能更为复杂，仅通过抑制BCL-2尚不足以有效诱导肿瘤细胞凋亡。因此，发现能够协同作用克服BCL-2抑制剂不敏感性的替代分子靶标具有重要的临床意义。
Cullin 5-RING E3泛素连接酶复合体(CRL5)，由支架蛋白Cullin 5、RING蛋白RBX2、接头蛋白Elongin B/C和底物识别亚基(SOCS盒)组装而成。WSB2包含一个SOCS盒及多个WD重复序列，属于CRL5复合体底物识别亚基家族成员之一。目前多项研究报道WSB2在多种癌症中显著表达上调，具有促进细胞增殖、肿瘤生长及转移的作用。此外多项CRISPR功能筛选研究意外发现WSB2与多个BCL-2家族抗凋亡蛋白之间存在强烈的合成致死作用，但其内在分子机制尚未得到阐明。
2024年8月7日(当地时间)，复旦大学生命科学学院王陈继、附属中山医院王利新与同济大学附属第四人民医院徐耀庭合作，于期刊eLife发表题为“Disruption of WSB2-mediated NOXA Degradation Induces Synthetic Lethality to Anti-apoptotic BCL-2 Family Protein Inhibitors”的论文。该研究首次发现CRL5WSB2 E3泛素连接酶复合体介导了NOXA的降解型泛素化修饰，从而抑制线粒体途径细胞凋亡以及对BCL-2小分子抑制剂产生原发耐药性。
为了探索WSB2的未知生物学功能，研究人员首先对DepMap基因共依赖性数据集进行分析分析发现WSB2与多个BCL-2家族蛋白(BCL-2、BCL-W、BAX和NOXA)呈显著相关性。通过检测一系列BCL-2家族蛋白的互作能力及蛋白稳定性筛选，鉴定到WSB2缺失会导致一个BCL-2家族促凋亡蛋白—NOXA显著积累，但不影响其他BCL-2家族蛋白的稳定性。CRL5 WSB2 E3泛素连接酶复合体介导NOXA经蛋白酶体途径的泛素化降解。WSB2与BCL-2家族抗凋亡蛋白MCL-1、BCL-XL等的共敲除/敲低能协同性地强烈诱导肿瘤细胞凋亡。此外，WSB2缺失显著增强了肿瘤细胞对BCL-2抑制剂、MCL-1抑制剂诱导凋亡的敏感性，并且这种影响在很大程度上可以通过敲低NOXA蛋白表达所回复，提示WSB2的抗凋亡功能至少部分依赖于NOXA。研究人员还发现WSB2与NOXA C末端的MTD结构域结合。合成的NOXA C末端穿膜肽能与肿瘤细胞中WSB2竞争性结合，导致内源NOXA蛋白稳定性增加，并能与BCL-2家抑制剂协同促进癌细胞凋亡。
为了进一步确证上述分子机制，研究人员构建了Wsb2的全身性敲除小鼠，结果显示Wsb2敲除小鼠不致死，但NOXA蛋白在多种组织中显著上调表达。经BCL-2抑制剂灌胃处理的Wsb2敲除小鼠特定组织如心脏、肝脏触发显著的细胞凋亡，心肌酶谱分析显示药物处理导致Wsb2敲除小鼠出现心肌损伤，而野生小鼠基本无影响。在分离的Wsb2敲除小鼠的胚胎成纤维细胞(MEF)中敲低NOXA的表达可显著逆转BCL-2抑制剂引发的细胞凋亡，提示小鼠细胞中Wsb2的抗凋亡功能也部分依赖于NOXA。最后，TCGA转录组数据分析和病人组织的免疫组化结果显示，WSB2在前列腺癌和肝癌中表达显著上调，且与癌症分期、分级和不良预后指标呈正相关，提示WSB2是一个促癌基因。
图1. CRL5WSB2复合体的破坏导致NOXA稳定并增加对BCL-2家族蛋白抑制剂的敏感性
综上，该发现确认了CRL5WSB2复合体是线粒体凋亡途径的关键调节因子，WSB2-NOXA调节轴紊乱可能是肿瘤细胞产生凋亡抵抗的一个重要因素。抑制WSB2和抗凋亡BCL-2家族蛋白可协同性地促进实体肿瘤细胞凋亡，在肿瘤靶向治疗方面具有广阔的临床转化潜力。
复旦大学生命科学学院博士生焦冬月和复旦大学附属肿瘤医院常坤博士为该论文共同第一作者。王陈继、王利新和徐耀庭为该论文的通讯作者。
注：文中插图源于 eLife
原文链接：
https://doi.org/10.7554/eLife.98372.1
来 源 复旦大学生命科学学院
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