TPP1TPP启动子突变与TERT启动子突变协同延长黑色素瘤的端粒

Science：揭开癌细胞长生不死之谜，TPP1和TERT启动子突变，协同延长端粒。

TPP1 promoter mutations cooperate with TERT promoter mutations to lengthen telomeres in melanoma

• 摘要
  • 克服复制性衰老是肿瘤发生的关键一步，而利用端粒酶基因TERT的突变来激活启动子从而促使细胞继续生长是一种常见的机制。大约75%的黑色素瘤中包含了TERT基因突变，但这并不能产生在癌症患者肿瘤中所观察到的同样长的端粒，这表明需要额外的突变。研究者在ACD启动子中发现了名为TPP1的端粒结合蛋白的特殊区域或许在黑色素瘤中会经常发生突变。ACD启动子变异存在于约5%的皮肤黑色素瘤中，并与TERT启动子突变同时发生。这两种最常见的体细胞变异产生或修改e-26（ETS）转录因子的结合位点。这些突变位于TPP1新注释的启动子区域中，并能刺激该蛋白的产生。研究结果表明，TPP1启动子突变体或能与TERT的激活协作，从而增强黑色素瘤的端粒维持和永生化特性。
• 背景知识
  • 端粒（Telomere）
    • 结构
      • 真核生物细胞的每条染色体末端，由一段 TTAGGG 高度重复系列与蛋白质组成的复合体。
    • 功能
      • ①保护染色体上的基因编码区并防止它们被破坏
      • ②作为一个生命时钟，控制着细胞可以分裂的次数
  • 细胞衰老与端粒
    • 正常细胞
      • 健康细胞每分裂一次，其端粒就会缩短一部分，一旦端粒缩短到一定程度，细胞就会进入衰老状态并死亡。
    • 癌细胞
      • 癌细胞通常具有更长的端粒，尤其是黑色素瘤细胞，具有超长端粒。
      • 黑色素瘤与端粒维持之间的特殊关联
        • 一个黑色素细胞要转变为癌细胞，最大的障碍之一是永生化，一旦其做到了这一点，其就能顺利走向癌变之路。
        • 端粒酶在大多数细胞中是无活性的，但包括黑色素瘤在内的多种癌症类型能利用端粒酶基因TERT的突变来激活端粒酶从而促使细胞继续生长。
• 研究思路
  • 提出问题
    • 已知
      • 大约75%的黑色素瘤中包含了TERT基因突变，这些突变能刺激蛋白质产生并增加端粒酶的活性。
    • 处理
      • 促使黑色素细胞中的TERT突变后，并不能产生在癌症患者肿瘤中所观察到的同样长的端粒。
    • 推断
      • TERT基因的启动子突变并不是黑色素瘤细胞维持长端粒的全部原因，可能还存在着其他机制协同作用。
    • 问题
      • 是什么机制与TERT基因启动子突变协同以实现端粒持续维持？
  • 解决问题
    • 寻找突变区域
      • 方法：梳理癌症突变数据库
        • 研究者在端粒结合蛋白TPP1中发现了一个区域，该区域经常在黑色素瘤中发生突变。他们发现，TPP1的突变与TERT的突变惊人地相似，TPP1的突变也位于启动子区域，突变后会激活TPP1蛋白的产生。 Fig. 1. (A)
    • 验证该突变区功能
      • 是否可以使目标细胞的端粒延长
        • 方法
          • 对突变区域进行基序分析
        • 结果
          • TPP1启动子区域的突变会造成一个新的TFIID结合位点，该位点与注释的TPP1 mRNA转录起始位点是共定位的。另外，研究者们从广泛的癌症基因表达数据库中发现TPP1上调表达，并且同时存在高频率的TERT启动子突变。
        • 结论
          • TPP1表达的增加可以导致端粒酶表达细胞的端粒延长。
      • 是否可以使目标细胞的增殖能力增强
        • 方法
          • 在BJ皮肤成纤维细胞中分别表达TPP1、TERT以及TPP1+TERT，并在90天内监测其增殖能力。
        • 结果
          • 未转导的BJ细胞（对照组）和单独转导TPP1的BJ细胞在约40天后进入复制性衰老。而用TERT和TERT+TPP1转导的细胞绕过了衰老并被永久化。 Fig. 3. (B)
        • 结论
          • TERT和TPP1过表达具有协同作用，比单独过表达TERT具有更强的延长端粒的效能。
    • 弄清TERT与TPP1启动子共同突变在癌症中出现的概率
      • 方法
        • 在深度测序的皮肤黑色素瘤数据库中，研究者们对139个样本进行了TERT和TPP1启动子变体的评估。
      • 结果
        • 除一例外，在所有病例中均发现TERT和TPP1启动子变体同时存在。
      • 结论
        • TPP1启动子区域的突变是与TERT启动突变合作导致黑色素瘤永生的原因。
• 研究意义
  • 这一研究发现或许有望改变科学家们理解黑色素瘤发生的方式，或许也有望改变当前的黑色素瘤疗法；通过确定对癌症非常特殊的端粒维持系统，科学家们就有了一个开发新型疗法的新靶点。
• • Fig. 3. (B)
• • Fig. 1. (A)