Oncogene: 袁海心团队揭示TET2缺失对他汀类药物治疗敏感性的影响及相关机制

TET2缺失使多种癌细胞对他汀类药物诱导的细胞凋亡敏感。

TET2通过催化HMG-CoA合成酶（HMGCS1）启动子区的去甲基化直接调节HMGCS1的表达。

香叶基香叶基二磷酸（GGPP）的缺乏通过破坏小GTP结合蛋白（GTPases）的膜定位和功能，影响他汀类药物诱导的细胞凋亡。

  研究背景：

TET2蛋白是一种铁（II）和α-酮戊二酸依赖性双加氧酶，催化DNA去甲基化以调节基因表达。TET2基因在血液癌（如急性髓系白血病（AML））中经常发生突变，此外在多种实体瘤中TET2活性也发生显著下调。尽管代谢产物对TET2活性的调控已有相当多研究，但TET2是否能直接调节代谢仍不完全清楚。阐明TET2对肿瘤代谢的调节可能为TET2功能障碍的癌症治疗提供一种潜在的策略。

胆固醇可以通过低密度脂蛋白受体（LDLR）进入细胞，也可以通过30多个反应步骤从乙酰辅酶A从头合成，这也被称为甲羟戊酸途径。甲羟戊酸途径的中间产物异戊二烯法尼酯焦磷酸（FPP）、香叶基香叶基二磷酸（GGPP）对于许多小GTP结合蛋白（GTPases）的翻译后前酰化至关重要，后者起到脂质锚的作用，并促进蛋白质与膜的结合。膜定位对于许多小GTPases调节细胞功能非常重要。作为甲羟戊酸途径中限速酶3-羟基-3-甲基戊二酰-CoA还原酶（HMGCR）的抑制剂，他汀类药物在过去30年中已成功用于治疗高胆固醇血症。

为了阐明TET2功能障碍对代谢稳态的潜在影响，研究人员首先分析了TCGA数据库中AML患者的RNA-seq数据，以及与TET2突变相关的差异基因表达。发现AML患者TET2突变率较高，相关差异基因表达在碳水化合物代谢和脂质代谢途径中富集最为显著。研究人员随后敲除了人白血病K562细胞中的TET2，WT和TET2缺失细胞的RNA-seq结果验证了TCGA分析的结论。研究人员用8种针对不同代谢途径的抑制剂处理WT或TET2敲除的K562细胞，发现TET2缺失使多种癌细胞对抑制从头胆固醇合成途径的他汀类药物诱导的细胞凋亡敏感。

TET2异常影响脂质和碳水化合物代谢途径

为了阐明TET2对胆固醇合成途径的调节，研究人员接着分析了WT和TET2缺失的K562细胞中参与该途径的代谢产物。LC-MS分析显示，TET2的缺失显著降低了异戊烯焦磷酸(IPP)、香叶基焦磷酸(GPP)和FPP的水平。其它甲羟戊酸途径的中间产物，如角鲨烯、羊毛甾醇等也显著减少，而最终产物胆固醇在TET2敲除细胞中没有变化。推断K562细胞可能主要通过LDLR介导的摄取而非从头合成途径获得胆固醇。当细胞在脂蛋白缺失的培养基中培养时，WT和TET2缺失的细胞都表现出类似的细胞活力降低。此外，敲低LDLR在类似程度上降低了WT和TET2缺失的K562细胞的生存能力。这些结果表明，TET2敲除导致的他汀类药物敏感性不是由于细胞中缺失胆固醇所致，而是与甲羟戊酸途径中的某些中间产物有关。

TET2的缺失下调甲羟戊酸途径

研究人员进一步探究TET2在调节甲羟戊酸途径和他汀类药物敏感性方面的作用，发现TET2可通过催化HMGCS1启动子区的去甲基化直接调节其表达，TET2的缺失导致HMGCS1表达和甲羟戊酸途径的显著下调。TET2缺失细胞中HMGCS1的过度表达挽救了他汀类药物诱导的细胞凋亡。此外，补充甲羟戊酸或GGPP也可阻断TET2敲除细胞中他汀药物诱导的细胞死亡，TET2敲除细胞中GGPP分支的破坏导致细胞对他汀类药物的敏感性增加。

TET2通过促进HMGCS1表达调节胆固醇合成途径

GGPP是小GTPase（如Rho家族蛋白、Ras相关蛋白和Cdc42等）香叶基香叶基化修饰的类异戊二烯供体分子，该修饰对于小GTPase锚定在质膜上以促进细胞信号传导、存活和增殖等功能至关重要。最后，研究人员通过亚细胞分级和免疫荧光等实验研究了相关蛋白对他汀类药物治疗的响应，发现GGPP缺失破坏了多个小GTPase正常的膜定位和功能，导致细胞功能障碍。

综上所述，该研究发现了一个将表观遗传修饰与他汀类药物敏感性联系起来的TET2-HMGCS1调节通路，该通路可作为含TET2突变或TET2酶活性降低患者的潜在治疗靶点。

TET2功能性缺失降低HMGCS1表达，使肿瘤细胞对他汀类药物敏感