PTEN半胱氨酸琥珀酰化修饰调节胶质母细胞瘤肿瘤形成的分子机制

Glioblastoma is the most malignant type of cancer in central nervous system. Monoallelic or complete deletion or somatic mutation of PTEN is frequently observed in glioblastoma, leading to activation of PI3K/AKT pathway and subsequently tumorigenesis. However, how to maintain PI3K/AKT pathway in PTEN widetype glioblastoma remains unclear. Recently, we identified a novel and unappreciated post-translational modification, cysteine-succination, on PTEN through mass spectrometry. This modification was achieved by directly adding fumarate onto cysteine residue of PTEN, whose reaction is called Michael addition. The cysteine-succination modification resulted in suppression of PTEN activity and activation of PI3K/AKT pathway in glioblastoma. In this study, we aim to investigate the mechanisms underlying cysteine-succination-suppressed PTEN activity by integral analysis of protein stability, cell membrane distribution, and lipid phosphatase activity of PTEN. We will also aim to illustrate the effect of PTEN cysteine-succination on tumorigenesis and prognosis of glioblastoma. The successful complete of this study will contribute to solve the key scientific question in glioblastoma, that is how to prevail PTEN’s negative effect on glioblastoma tumorigenesis. This study will also be beneficial for exploring new targets for treating PTEN widetype gliobloastomas.

胶质母细胞瘤是恶性程度最高的中枢神经系统肿瘤，常发生PTEN基因缺失或突变失活，导致PI3K/AKT信号通路激活从而促进肿瘤形成。然而，PTEN野生型胶质母细胞瘤中PI3K/AKT信号通路如何维持尚不明确。我们前期通过质谱检测发现PTEN存在一类从未报道的新翻译后修饰：半胱氨酸琥珀酰化。该修饰由代谢中间产物延胡索酸通过Michael加成反应加合到PTEN的半胱氨酸残基上直接产生。半胱氨酸琥珀酰化修饰可抑制PTEN活性，提高肿瘤细胞中PI3K/AKT信号通路水平。本项研究，我们将从蛋白质稳定性、细胞膜分布、脂质磷酸酶活性等方面探究半胱氨酸琥珀酰化如何影响PTEN对PI3K/AKT信号通路的调节，以及对胶质母细胞瘤肿瘤形成及预后的影响。本项目的顺利完成将有助于回答“胶质母细胞瘤如何克服野生型PTEN对肿瘤形成的阻遏作用”这一科学问题，为寻找针对PTEN野生型胶质母细胞瘤的治疗靶点提供理论基础。

胶质母细胞瘤是恶性程度最高的中枢神经系统肿瘤，常发生PTEN基因缺失或突变失活，导致PI3K/AKT信号通路激活从而促进肿瘤形成。然而，PTEN野生型胶质母细胞瘤中PI3K/AKT信号通路如何维持尚不明确。在本项目中，我们前期通过质谱检测发现PTEN存在一类从未报道的新翻译后修饰：半胱氨酸琥珀酸化。该修饰由代谢中间产物延胡索酸（Fumarate）通过Michael加成反应加合到PTEN的半胱氨酸残基上直接产生。进一步研究表明，PTEN C211琥珀酸化修饰阻止了PTEN定位到细胞膜，因此解除了PTEN对PI3K/AKT信号通路的抑制作用，促进PI3K/AKT激活和肿瘤恶性进展。同样的发现在延胡索酸水合酶（fumarate hydratase，FH）失活突变的2型乳头状肾细胞癌（PRCC2）中得到相应验证。在此基础上，我们深入探索发现胶质瘤干细胞中存在高嘌呤代谢，导致细胞中Fumarate水平显著增高，促进PTEN的C211位点发生琥珀酸化修饰。PTEN的C211位点琥珀酸化修饰可抑制PTEN与MMS19的结合，从而促进细胞质铁硫簇组装器CIA（主要由MMS19，CIAO2B和CIAO1组成）的组装完成，加速细胞DNA损伤修复，促进化疗抵抗。上述研究揭示延胡索酸介导的蛋白质琥珀酸化修饰在肿瘤恶性进展中起重要调控作用。该项目的完成可为肿瘤代谢领域的研究，尤其是探索肿瘤代谢中间产物调节肿瘤形成的工作机制提供新的思路，对于肿瘤代谢的研究具有一定的引领作用。