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Signal Transduction and Targeted Therapy | c-di-GMP通过靶向PSMD3抑制癌症转移

Signal Transduction and Targeted Therapy | c-di-GMP通过靶向PSMD3抑制癌症转移
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该研究揭示了细菌信号分子c-di-GMP通过直接结合PSMD3抑制NF-κB通路从而抑制癌症转移的新机制,且该作用独立于STING通路,为开发新型抗转移疗法提供了潜在靶点。

 

文献概述

本文《Cyclic di-GMP suppresses cancer metastasis by targeting proteasome 26S subunit non-ATPase 3 independently of STING》,发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》杂志,回顾并总结了细菌第二信使c-di-GMP在抑制癌症转移中的新功能及其分子机制。研究发现c-di-GMP在低剂量下即可显著抑制多种癌细胞迁移和体内转移,且该效应不依赖于已知的STING通路,而是通过直接结合蛋白PSMD3,阻断其与TBK1的相互作用,进而抑制NF-κB信号通路的激活。此外,PSMD3在三阴性乳腺癌等恶性肿瘤中高表达,且与不良预后相关,提示其作为治疗靶点的潜力。这些发现拓展了c-di-GMP的生物学功能,并为抗转移治疗提供了新策略。

背景知识

癌症转移是导致癌症相关死亡的主因,尤其在三阴性乳腺癌(TNBC)中,由于缺乏明确靶点,治疗手段有限,主要依赖化疗,但常伴随耐药和复发。因此,发现新的转移驱动因子和治疗靶点至关重要。NF-κB信号通路在肿瘤进展和转移中起关键作用,可促进炎症因子和趋化因子的表达,增强癌细胞侵袭和迁移能力。STING通路是先天免疫的重要传感器,可被c-di-GMP等环二核苷酸激活,常用于肿瘤免疫治疗。然而,c-di-GMP是否具有STING非依赖的抗肿瘤功能尚不清楚。PSMD3是19S蛋白酶体调节亚基,传统功能参与泛素-蛋白酶体降解,但其非经典功能在肿瘤中的作用尚未充分阐明。本研究正是基于c-di-GMP可能具有独立于免疫调节的直接抗转移作用这一假设,系统探索其在癌细胞内的直接靶点和信号机制,从而为开发新型抗转移药物提供理论依据。

 

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研究方法与实验

研究人员首先在多种人类癌细胞系中评估c-di-GMP对细胞活力和迁移的影响,发现其在低浓度下即可显著抑制细胞迁移。随后,利用尾静脉注射的肺转移小鼠模型,验证c-di-GMP在体内的抗转移效果,并检测其毒性。为探究其作用机制是否依赖STING,检测了不同癌细胞中STING表达水平,并使用STING敲除细胞进行迁移实验。通过RNA-seq分析c-di-GMP处理后的转录组变化,发现NF-κB通路显著下调。进一步采用生物素标记的c-di-GMP进行pull-down结合质谱分析,鉴定PSMD3为高亲和力结合蛋白。通过CETSA、SPR和ITC实验验证c-di-GMP与PSMD3的直接结合。利用Co-IP和截断体实验确定PSMD3与TBK1的相互作用结构域。最后,通过siRNA敲低PSMD3,验证其在TBK1-NF-κB通路中的功能,并结合临床数据库分析PSMD3在乳腺癌中的表达与预后关系。

关键结论与观点

  • c-di-GMP在低剂量下显著抑制多种癌细胞的迁移和体内转移,且在小鼠模型中表现出良好的耐受性,无明显毒性
  • 该抗转移效应不依赖于STING通路,即使在STING缺失的癌细胞中,c-di-GMP仍能有效抑制迁移
  • RNA-seq和功能实验表明,c-di-GMP通过抑制NF-κB信号通路(特别是p65 Ser536磷酸化)来发挥抗转移作用
  • 通过pull-down-MS和生物物理实验(SPR、ITC)证实PSMD3是c-di-GMP的直接结合靶点,且结合具有高亲和力和特异性
  • PSMD3通过其卷曲螺旋结构域与TBK1结合,促进TBK1的磷酸化和激活,从而增强NF-κB信号,这是一种非经典功能,独立于其在蛋白酶体中的角色
  • c-di-GMP通过结合PSMD3,阻断其与TBK1的相互作用,从而抑制TBK1和NF-κB的激活,最终抑制癌细胞迁移
  • PSMD3在乳腺癌组织中高表达,且高表达与患者不良预后相关,提示其作为预后标志物和治疗靶点的潜力

研究意义与展望

本研究首次揭示了c-di-GMP通过靶向PSMD3-TBK1-NF-κB轴抑制癌症转移的全新机制,拓展了c-di-GMP的生物学功能,提示其不仅是免疫调节剂,也可作为直接抗转移药物。PSMD3作为NF-κB通路的新型正向调节因子,其非蛋白酶体功能为癌症治疗提供了新靶点。由于NF-κB通路系统性抑制存在严重副作用,靶向其上游特定调节因子如PSMD3可能实现更精准的干预,减少毒性。

未来研究可进一步探索PSMD3在其他癌症类型中的作用,开发高亲和力小分子抑制剂靶向PSMD3-TBK1相互作用。此外,c-di-GMP的稳定性、递送效率及在其他转移模型中的疗效需进一步优化和验证。结合免疫治疗或化疗,评估c-di-GMP的协同抗肿瘤效果,也将是重要的转化方向。该研究为开发基于c-di-GMP或PSMD3靶向的抗转移疗法奠定了坚实基础。

 

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结语

本研究系统阐明了细菌信号分子c-di-GMP在抑制癌症转移中的新机制,即通过直接结合蛋白PSMD3,阻断其与TBK1的相互作用,从而抑制NF-κB信号通路的激活,最终抑制癌细胞迁移和体内转移。该过程独立于经典的STING通路,揭示了c-di-GMP的非免疫依赖性抗肿瘤功能。PSMD3被鉴定为NF-κB通路的新型正向调节因子,其在三阴性乳腺癌等恶性肿瘤中高表达,并与不良预后相关,提示其作为治疗靶点的价值。c-di-GMP在小鼠模型中表现出强效且低毒的抗转移活性,支持其作为潜在治疗剂的开发。该研究不仅拓展了对PSMD3非经典功能的认识,也为靶向NF-κB通路的精准治疗提供了新策略,具有重要的转化医学意义。未来可基于此通路开发新型抗转移药物,或优化c-di-GMP的递送系统以提升其临床应用潜力。

 

文献来源:
Jieqiong Wang, Alexander Mrozek, Kewen Hu, Heewon Park, and Hua Lu. Cyclic di-GMP suppresses cancer metastasis by targeting proteasome 26S subunit non-ATPase 3 independently of STING. Signal Transduction and Targeted Therapy.
蛋白折叠稳定性评估
通过蛋白序列逆折叠模型ESM-IF,预测蛋白质的绝对稳定性ΔG。 传统的物理方法(如FoldX、Rosetta等)预测蛋白稳定性ΔG,依赖于高置信度结构pdb,如果突变太多,结构置信度降低,预测结果较差。在ProteinGym的benchmark结果表明,生成模型ESM-IF在zero-shot预测DMS数据的蛋白突变稳定性ΔΔG达到同类最佳水平。该方法是在突变预测基础上的延伸,利用ESM-IF模型直接预测完整蛋白折叠稳定性的绝对ΔG值。 经过测试,预测误差RMSE ≈ 1.5 kcal/mol,相关系数为0.7,是预测蛋白质的折叠稳定性ΔG的重大突破。