Nat Chem Biol | 浙江大学吕志民/许大千揭示代谢酶FBP1调控端粒长度与细胞衰老决定肿瘤生长的新机制

端粒由重复的TTAGGG核苷酸序列组成，形成一个“帽状结构”，其功能是维持染色体的完整性。端粒在每一轮DNA复制过程中逐渐缩短，端粒功能的丧失导致有丝分裂期间染色体端到端融合，导致双中心染色体的形成和随后染色体断裂的后期桥接。生成的两个子细胞接受不均匀的染色单体，含有两个缺乏端粒的染色单体，导致有丝分裂后的断裂-融合桥(BFB)周期，最终导致正常细胞衰老和凋亡。在癌细胞中，端粒伸长和长度主要依赖于高度激活的端粒酶，在大多数人类癌症中，端粒酶合成端粒重复序列，在5-15%的癌症中，端粒选择性延长(ALT)。

端粒酶的活性受端粒酶逆转录酶(TERT)的调控，TERT是端粒酶的催化蛋白亚基，在转录水平和翻译后水平均受调控。TERT磷酸化显著增加端粒酶活性。用于组装具有催化活性的端粒酶，细胞质TERT必须转运到细胞核中，这一过程需要AKT介导的TERT Ser227磷酸化才能将输入蛋白α与TERT8的核定位信号结合。然而，TERT磷酸化和随后的端粒功能在正常细胞和癌细胞中是否受到不同的调节，这在很大程度上是未知的。

果糖-1,6-二磷酸酶1 (FBPase 1)是糖异生过程中的限速酶，可将果糖-1,6-二磷酸(F1,6BP)水解为果糖- 6-磷酸(F6P)。在哺乳动物中，两个独立的基因，FBP1和FBP2，分别编码肝脏和肌肉中FBPase的亚型。FBP1主要表达于肝脏和肾脏，在几乎100%的透明细胞肾细胞癌(ccRCC)中普遍缺失，在肝细胞癌(HCC)和其他类型的癌症中经常下调。它的缺乏促进了肝脏肿瘤的进展，并与较差的总生存率和较高的肿瘤复发率相关。研究表明，FBP1与HCC和ccRCC细胞中的缺氧诱导因子(HIFs)或增强子zeste同源物2 (EZH2)以酶活性不依赖的方式相互作用并抑制HIFs。此外，FBP1作为蛋白磷酸酶去磷酸化组蛋白H3来调节基因表达。然而，FBP1的酶活性是否具有直接调节肿瘤细胞增殖的兼职功能尚不清楚。

模式图（Credit: Nature Chemical Biology）

该研究证明了FBP1通过FBP1的疏水残基N273与TERT相互作用。FBP1作为蛋白磷酸酶，使TERT的S227位点(pS227)去磷酸化，从而抑制TERT核易位和端粒酶活性，减少端粒长度，抑制肿瘤细胞的增殖和衰老。FBP1蛋白磷酸酶死亡突变体的表达促进了小鼠肿瘤的生长，同时TERT S227磷酸化水平和端粒长度增加。该研究揭示了FBP1蛋白磷酸酶活性对肿瘤和正常细胞中TERT活性差异调节的一个未知的关键机制。低FBP1表达与高TERT S227磷酸化水平以及较短的ccRCC和HCC患者生存期呈负相关，结合lnp为基础的FBP1 mRNA递送有效抑制肿瘤生长，强调了调节蛋白磷酸酶活性和FBP1表达以治疗人类癌症的潜力。