供稿
中国生物物理学会代谢生物学分会
论坛回顾
中国生物物理学会代谢生物学分会举办的线上论坛“代谢鸿论”第讲很荣幸邀请到了来自北京大学医学部病理学系的尹玉新教授作为主讲人，进行题为“PTEN和RPA1信号传递在癌症发展中的作用”的报告。下面，我们将对本次论坛的精彩内容进行回顾。
主讲人简介
尹玉新教授现任北京大学医学部病理学系教授、北京大学系统生物医学研究所所长、北大-清华生命科学联合中心资深研究员、中国病理生理学会系统生物医学专业委员会主任委员。主持国家基础研究重大项目(计划首席科学家)、科技部重大研发计划重点专项、国家自然科学基金重点项目等。发现了PTEN家族的新亚型PTENα、PTENβ及PTENε在抑制肿瘤发生发展中的作用。在肿瘤免疫方面，揭示了T细胞免疫防御的调控机理，为肿瘤免疫确定了新方向和新靶标。在肿瘤代谢方面，发现RPA1可以调节肝脏脂类代谢平衡，抑制肿瘤发生。近年来成功地开发了基于人工智能代谢组学诊断癌症方法，致力于肿瘤早期诊断与治疗监测等应用，目前已成功应用于肺癌和胰腺癌的早期筛查。研究成果发表于Cell，Nature，NatureImmunology，CellMetabolism，ScienceTranslationalMedicine等主流期刊。
论坛回顾
1、PTEN是一种强大的肿瘤抑制剂
PTEN即磷酸酶及张力蛋白同源物，与肿瘤的发生密切相关。近年来研究发现，PTEN蛋白在细胞生长、凋亡、粘附、迁移、浸润等方面具有重要作用。在过去的研究中，PTEN通常被认为在细胞质中发挥作用，但在年，尹玉新教授团队发现PTEN主要是在细胞核中来维持基因的稳定性而且对E2F1及Rad51发挥着调节作用，并将此结果发表在了Cell杂志上。为了探索PTEN蛋白C端对基因组稳定和抑制肿瘤的必要性，尹玉新教授团队在小鼠中引入了病人群体中存在的突变—PTEN。与对照组小鼠相比较，这种小鼠体现为乳腺增生，乳腺癌及甲状腺癌的高发，但有趣的是，这些癌症均为原发癌，未发生转移。于是他们将目光聚焦到了另一个重要的抑癌基因P53上，发现当小鼠存在PTEN，敲除P53后并没有发生癌症，而当PTEN及P53同时敲除后，小鼠出现了癌症并发生了转移。因此判断，可能是PTEN激活了P53进而阻止了肿瘤的转移。
RPA1受PTEN得调节，通过ATR-Chk1通路，保护DNA的复制。研究表明，当RPA1减少的时候会发生DAN单链的不稳定。尹玉新教授团队通过高分辨率显微镜及iPOND实验证实了PTEN位于复制叉上，且与RPA1结合以稳定DNA的复制叉。在细胞水平对PTEN进行敲除后，检测到DNA新合成链的长度明显变短，同样，在敲除RPA1后，也出现了DNA新合成链的长度明显变短的现象。而当回补PTEN后，DNA新合成链的长度恢复正常。这表明了PTEN在维持基因的稳定性所发挥的重要作用。此外，在小鼠中敲除RPA1后，可以观察到小鼠有非常高的几率会发生肠的增生和癌症，因此表明RPA1是抑制大肠癌所必需的，是PTEN下游的重要响应分子。
2、RPA1重塑染色质结构并维持脂质代谢稳态
RPA家族包括RPA1，RPA2和RPA3，它们都具有DNA结合域，能够与DNA单链相结合。那么RPA1在RPA1在哺乳动物中的生理作用是什么？转录过程中扮演什么样的作用？以及它如何调控基因转录？围绕这三个问题，尹玉新教授团队展开了研究。首先，对于第一个问题和第二个问题，在小鼠中敲除RPA1后，可以观察到与对照组相比，RPA1敲除小鼠在高脂喂养的条件下发生了更严重的脂肪肝。进一步的，在肝脏中特异性敲除RPA1，发现小鼠在更小的年龄时即发生了非酒精性脂肪肝，且纤维化增加，使肝脏从脂肪肝发展为肝硬化，同时肝癌的发生率显著升高，达到了66%。此外，在人的脂肪肝样本以及在用棕榈酸处理的细胞中，均表现出RPA1水平降低。利用RNA-Seq进行分析，发现RPA1影响许多与脂代谢相关基因的转录，如ACSL1,ACOX3,CYP27A1等。通过SeahorseXFAnalyzer，发现当RPA1缺失时会使游离脂肪酸氧化受损。这些结果说明RPA1在肝脏脂质代谢中起着重要的作用，能够调节脂质代谢基因转录，独立于其在基因组稳定性中的作用。
对于第三个问题，尹玉新教授团队通过ATAC-Seq观察染色质空间构型的改变，发现RPA1重塑脂质代谢基因如Acsl1，Echs1的染色质结构。进一步的，他们发现RPA1消融后PolII占位降低，RPA1在基因调控元件上与PolII共定位。此外，RPA1结合组蛋白和染色质重塑因子SSRP1及SPT16，在这个过程中，RPA1扮演多种角色一同调控DNA的转录。综上，RPA1在肝癌发生当中发挥的作用可能涉及但不止于对基因稳定性的作用，还有通过影响大量的脂质代谢途径的改变去影响肝癌及非酒精性脂肪肝的进程。因此，RPA1是能够影响整个肝脏代谢的十分有潜力的治疗靶点。
3、去泛素化酶OTUD3调节代谢稳态
尹玉新教授团队在一个糖尿病早期发病的家庭中发现了一种罕见的OTUD3c.GA突变，这种突变降低了OTUD3的稳定性和催化活性。进一步对其机制进行研究，发现葡萄糖和脂肪酸可以刺激creb结合蛋白(CBP)依赖的OTUD3乙酰化并促进其核易位，其中OTUD3通过稳定过氧化物酶体增殖体激活受体δ(PPARδ)调节糖脂代谢和氧化磷酸化(OXPHOS)相关的各种基因。表明CBP-OTUD3信号通路可能是葡萄糖和脂肪酸代谢的一种新的调节机制。
4、PTEN家族成员：PTEN生物多样性的基础
众所周知，真核生物体内的蛋白质翻译起始受到精密的调节。虽然ATG一直被认为是真核生物中唯一的翻译起始点，然而随着研究的不断深入，发现真核生物中除ATG作为主要的起始密码子外，还有其他某些密码子同样也可起始翻译，并在机体生理和病理过程中发挥着重要的作用。尹玉新教授团队在用H2O2对细胞进行处理后，发现了一条比PTEN大22KDa的蛋白条带PTENα，且PTENα会随着H2O2处理的时间增加而减少，因而怀疑PTEN可能出现了非ATG起始的转录，在沿着序列向上游寻找后发现了一个碱基序列为CTG的位点处能够形成一个发夹结构，随后通过构建质粒和蛋白质谱等手段证实了PTEN的N端被延长了个氨基酸即PTENα，并发现其定位在线粒体上。进一步的对其功能进行了研究，发现PTENα可以诱导COX的活性，和PTEN形成双聚体去调控PINK1，从而影响着ATP的产生。此外，尹玉新教授团队还发现PTENα通过Moesin促进中性粒细胞趋化。实验表明敲除PTENα使中性粒细胞的尾足消失，免疫荧光的结果表明PTENα与Moesin在中性粒细胞的尾足处共定位，并且PTENα通过使MoesinT去磷酸化来影响Moesin的功能，进而影响中性粒细胞的迁移能力，这部分的内容已发表在blood杂志上。
除了PTENα，还发现了另一个非ATG起始转录的PTEN—PTENβ。PTENβ比PTENα小一点，它N端被延长了个氨基酸并发现其定位在核仁里面。在功能方面，核仁素是PTENβ的一个磷酸酶靶点，PTEN负向调控rDNA的转录，这部分结果发表在nature