PNAS | 翻译延伸因子eEF1A乳酰化促进蛋白质合成与结肠癌的发生

导读

乳酸是有氧糖酵解的副产物，但也参与表观遗传修饰，如赖氨酸乳酰化（Kla），Kla直接影响基因转录和免疫细胞稳态。在病理情况下，高水平的Kla与多种疾病相关。在肿瘤中，乳酸释放增加，形成酸性肿瘤微环境，促进肿瘤生长并影响免疫。

翻译延伸因子1A(eEF1A)是真核蛋白组中最丰富和保守的蛋白之一。作为翻译延伸的调节因子，eEF1A在蛋白质合成过程中促进核糖体与氨酰tRNA的结合。

目前已知eEF1A2参与肿瘤发生和癌症发展：

A）eEF1A2的重新激活刺激磷脂信号传导，并促进依赖Akt的细胞迁移和肌动蛋白重塑，最终有利于肿瘤发生。

B）eEF1A2通过后转录修饰促进肿瘤进展。eEF1A2甲基化作为肿瘤适应其增强的翻译需求的机制。由于转录后修饰是简单高效的调节蛋白质功能的方法，是否存在其他参与eEF1A2介导的肿瘤调节的转录后修饰还有待研究。

2024年2月15日，北京协和医学院浦洋团队在PNAS上发表了一篇题为“KAT8-catalyzed lactylation promotes eEF1A2-mediated protein synthesis and colorectal carcinogenesis”的论文，文章发现eEF1A2乳酰化有助于提高蛋白质合成，从而促进肿瘤生长，揭示了一种Kla介导的肿瘤适应异常翻译需求的机制，并确定了KAT8作为一个可在癌症治疗中靶向的Kla写入体，为癌症治疗提供了潜在靶点。

文章索引

【标题】KAT8-catalyzed lactylation promotes eEF1A2-mediated protein synthesis and colorectal carcinogenesis

【发表期刊】PNAS

【发表日期】2024年2月15日

【作者及团队】北京协和医学院浦洋团队

【IF】9.66

研究结果

 一. 全局乳酰化水平升高与肿瘤进展及结直肠癌患者的不良预后相关

Warburg效应是癌症的标志之一，其副产物乳酸被视为结直肠癌（CRC）患者预后的指标。

作者发现在结直肠癌组织中，全局乳酰化水平与癌症侵袭性和患者预后相关。结直肠癌细胞和肿瘤样本中的乳酸水平与乳酰化程度密切相关，说明乳酸是调节乳酰化的关键因素。

糖酵解抑制剂降低了乳酸水平和乳酰化水平，并抑制了癌细胞增殖。这些发现揭示了乳酸调节细胞增殖的机制，并为结直肠癌的发生和进展提供了新视角。

二. 结直肠癌中eEF1A2发生高乳酰化

作者在结直肠癌组织中发现了超过1200个蛋白质乳酰化位点，涉及约850个蛋白质，不仅局限于细胞核，还分布在细胞质等位置，显示乳酰化作用广泛。

结直肠癌组织中的乳酰化水平存在变化，与翻译过程相关。他们特别关注了eEF1A2的乳酰化，该蛋白是经典的mRNA翻译因子。体外验证显示了结直肠癌细胞中eEF1A2的乳酰化，进一步证实了这一结果。

三. eEF1A2的乳酰化促进了肿瘤细胞的增殖

通过结直肠癌（CRC）活检、质谱分析显示，eEF1A2的主要乳酰化位点是赖氨酸残基408。作者通过将K408突变为R来模拟eEF1A2的乳酰化，发现K408R突变导致Kla显著减少。

研究团队进一步预测了eEF1A2K408R突变的结构，发现与原始结构相比没有明显的构象变化。体内外实验都证实，eEF1A2K408la促进了CRC细胞的增殖。

四. eEF1A2的乳酰化介导了细胞中增强的蛋白质合成

eEF1A2是一个重要的GTP酶，在蛋白质合成过程中招募氨基酰-tRNA到核糖体A位点。作者发现，eEF1A2的K408乳酰化并不改变其基础GTP酶活性，但在aa-tRNA刺激下，K408乳酰化状态下的eEF1A2催化效率显著提高。这表明，eEF1A2 K408乳酰化增加了其在aa-tRNA刺激下的GTP酶活性，可能促进了翻译延伸，从而增加了蛋白质合成。

在细胞中重建了wt/delac-eEF1A2后，他们发现在乳酸钠存在下，delac-eEF1A2细胞中核糖体run-off减少了1.5倍，强调了eEF1A2K408la在维持肿瘤细胞中的延伸速率方面的重要性。

重建了wt-eEF1A2的细胞显示了比重建了delac-eEF1A2的细胞更高的蛋白质合成水平。这些结果表明，eEF1A2K408la促进了翻译延伸，增强了CRC细胞的蛋白质合成。

五. 确定KAT8为eEF1A2 K408的乳酰转移酶

作者通过质谱分析发现，KAT8是eEF1A2的潜在乳酰化调控因子。KAT8过表达导致eEF1A2的乳酰化水平显著增加，而KAT8敲除则减少了eEF1A2的乳酰化水平。免疫共沉淀实验显示，KAT8与eEF1A2有强烈的结合作用。

体外实验表明，KAT8直接介导了eEF1A2在K408位点的乳酰化。KAT8的敲除消除了eEF1A2的乳酰化增强蛋白质合成和肿瘤细胞增殖的差异。

六. KAT8是全局蛋白质乳酰化的writer

KAT8是否是唯一的eEF1A2底物目前尚不清楚。作者消耗了KAT8并观察到CRC细胞中Kla显著减少，但乳酸水平保持不变。尽管KAT8被认为是一个乙酰转移酶，但发现在消耗KAT8后，非组蛋白中的赖氨酸乙酰化水平没有明显变化。

作者进一步发现，KAT8的MYST结构域对于其作为Kla赋码因子的活性是必需的。此外，KAT8的乳酰转移酶催化活性与其乙酰转移酶活性是独立的。

七. CRC细胞中KAT8调控的乳酰化组蛋白全景

KAT8调节结直肠癌细胞中丰富多样的乳酰化修饰。KAT8缺失显著降低了乳酰化位点，但未影响乳酸水平。

截短的KAT8实验证明其MYST结构域对乳酰化至关重要。乳酰化组学揭示了KAT8独特的靶蛋白，强调了KAT8在癌症通路中的作用。

八. KAT8缺失抑制了高乳酸环境中的肿瘤生长

作者分析了CRC患者的免疫荧光染色，并发现高KAT8表达与患者生存期呈负相关，同时与CRC组织中的全局Kla水平呈正相关。KAT8缺失降低了HCT116细胞的Kla水平，并在高乳酸环境下减弱了细胞增殖。

裸鼠实验结果显示，KAT8缺失细胞在高乳酸环境下肿瘤生长减缓，全局Kla水平降低。他们推测KAT8的乳酰-催化区位于MYST结构域内，与其乙酰-催化结构域不同。综上所述，KAT8是CRC肿瘤发展的贡献者，尤其是在高乳酸环境下。

总结

本文发现CRC中全局Kla与患者预后呈负相关。在CRC中，eEF1A2K408的乳酰化导致了翻译延长和蛋白合成的增强，促进了肿瘤发生。通过筛选eEF1A2相互作用蛋白，文章确定了KAT8是一个关键的乳酰转移酶，负责在多种蛋白底物上安装Kla。KAT8的缺失抑制了CRC的肿瘤生长，尤其是在高乳酸环境中。因此，KAT8-eEF1A2 Kla轴可能成为治疗CRC的潜在靶点。

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