Nature：揭示酶PORCN介导的Wnt蛋白脂质化机制，有望开出更好的癌症治疗方法

在一项新的研究中，来自美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员利用该大学的低温电镜设施，捕捉到了一种用于Wnt脂化的酶的结构图，这种酶对人类发育至关重要，对Wnt信号传导的激活也至关重要。这一发现揭示了这种功能背后的机制，并最终可能导致治疗多种恶性肿瘤的新药物。相关研究结果近期发表在Nature期刊上，论文标题为“Mechanisms and inhibition of Porcupine-mediated Wnt acylation”。

论文通讯作者、德克萨斯大学西南医学中心分子遗传学与生物物理学副教授Xiaochun Li博士说，“由于德克萨斯大学西南医学中心最先进的低温电镜（cryo-EM）设施，我们能够将研究范围进一步推向癌症相关信号通路的关键领域。我们揭示的这种科学机制可能加速针对晚期实体瘤的新型抗癌药物的开发。”

科学家们早就知道，Wnt蛋白家族的成员对胚胎发育至关重要，它们启动了轴形成、细胞命运决定、细胞增殖和迁移等功能所需的信号通路。当Wnt蛋白在20世纪80年代初首次被发现时，它们立即与癌症联系在一起；众所周知，异常的Wnt信号传导是导致胰腺癌、黑色素瘤、三阴性乳腺癌和其他类型恶性肿瘤的原因。

Li博士解释说，为了发挥它们的信号功能，Wnt蛋白必须首先通过添加脂质分子来激活，这一任务由一种叫做Porcupine（PORCN）的酶完成。这在结构上是如何发生的，以及研究用药物抑制这种功能的机制一直是未知的。

为了开展研究，Li博士和他的同事们收集了PORCN与一种叫做棕榈酰CoA的辅酶结合（这种辅酶提供激活Wnt的脂质分子）在一起时；PORCN与LGK974结合（LGK974是一种已知的抑制Wnt信号传导的研究用药物）在一起时；PORCN与LGK974和WNT3A（一种Wnt家族成员）结合在一起时；以及PORCN与一种激活的、经过脂质修饰的WNT3A蛋白结合在一起时的低温电镜图。低温电镜将蛋白冻结在原地以获得原子分辨率的显微图。

这些低温电镜图显示，WNT3A、PORCN和棕榈酰CoA以一种三明治式的构型结合在一起，其中PORCN位于中间。当WNT3A和PORCN与LGK974而不是与棕榈酰CoA一起孵育时，这种研究用药物取代了棕榈酰CoA的位置，阻止了它结合和提供脂质分子的能力；Li博士说，没有这种脂质修饰，WNT3A就不能启动信号级联反应。

LC-MS分析PORCN介导的WNT3Ap酰化，图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04952-2。

此外，这些低温电镜图解决了一个几十年来的谜团，即为什么修饰Wnt蛋白的脂质链在结构上与一种叫做Hedgehog的相关蛋白不同，后者也参与人类发育和癌症，并被脂质修饰激活。Hedgehog蛋白表面上的脂质链是由饱和脂肪酸组成的，导致它延伸成一条直线，而PORCN蛋白表面上的脂质链是不饱和的，导致它弯曲成C形。这些作者发现，这种扭结对于脂质链进入PORCN表面上的一个空腔是必需的，这是将这种脂质链转移到Wnt表面上之前的一个关键步骤。

Li博士指出，LGK974是影响Wnt信号传导的几种药物之一，目前正在针对多种癌症进行临床试验。了解Wnt、PORCN、棕榈酰CoA及其复合物的原子结构可能导致更好地设计药物来阻止这些相互作用。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Yang Liu et al. Mechanisms and inhibition of Porcupine-mediated Wnt acylation. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04952-2.