今天分享一篇由美國國立研究院癌癥研究中心發表于Molecular Cell（IF=14.5,Q1）的轉錄組+蛋白組機制研究。研究標題：hRpn13通過表觀遺傳因子HDAC8、PADI4和轉錄因子NF-kB p50塑造蛋白質組和轉錄組。

癌癥治療的突破往往來自對細胞內關鍵機制的重新審視。hRpn13，這一傳統上被認為是蛋白酶體底物受體的蛋白，近年來卻展現出更多維的生物學功能。除了參與蛋白質降解，它還在基因表達調控中發揮了意想不到的作用。這些發現為靶向hRpn13的抗癌治療提供了新的思路，也揭示了其功能復雜性背后的科學難題。

一、hRpn13：不只是蛋白酶體的一部分

hRpn13是蛋白酶體中的重要底物受體，其功能主要通過以下兩部分實現：

1. Pru（Pleckstrin-like receptor for ubiquitin）結構域：負責結合泛素和蛋白酶體亞基 hRpn2 的 C 端。

2. DEUBAD（deubiquitinase adaptor）結構域：招募去泛素化酶 UCHL5，促進泛素鏈的降解。

在多發性骨髓瘤細胞中，蛋白酶體會裂解hRpn13，生成僅保留Pru結構域的片段。這一過程削弱了去泛素化酶UCHL5的活性，也暗示hRpn13的功能遠不止于蛋白質降解。

圖1 hRpn13敲除的骨髓瘤細胞中細胞骨架、免疫反應和表觀遺傳蛋白質組的變化

(A)相對于WT. n， trRpn13-MM2蛋白豐度（x軸，log2）與p值（y軸，-log10）的折疊變化的火山圖。

(B) TMT-MS技術重復圖(A)（y軸）和圖S1B（x軸）中p值<0.05且包含Spearman秩相關檢驗。

(C)圖1B所示的蛋白含量顯著改變(-log10p> 1.3)，GO分析。

(D) RPMI 8226 WT和trRpn13-MM2細胞的免疫印跡。

圖2。敲除hRpn13 Pru會導致PADI4，全長蛋白hRpn13，MGMT下調；MYH10上調

（A）trRpn13-MM1相對于野生型（WT）的蛋白質豐度變化倍數（x軸，log2）和p值（y軸，-log10）的火山圖。

（B）相對于野生型（WT），trRpn13-MM1（x軸，A）與 trRpn13-MM2（y軸，圖1A）的蛋白質豐度變化（log2）的圖。

（C）用抗體檢測 RPMI 8226 野生型、trRpn13-MM1 或 trRpn13-MM2 細胞裂解物的免疫印跡圖。

（D）用抗體檢測HCT116野生型、DUCHL5、DhRpn13或trRpn13細胞裂解物的免疫印跡圖。

（E）用抗體檢測經48小時對照scramble或靶向hRpn13的siRNA（sihRpn13）處理的 HCT116野生型細胞的免疫印跡圖。

（F）用FLAG-hRpn13（+）或空載體（-）轉染 48 小時后的HCT116野生型細胞裂解物的免疫印跡圖，用抗體檢測。

（G）用抗體檢測經全長hRpn13（+）慢病毒轉導或未經處理（-）的RPMI 8226野生型、trRpn13-MM1或trRpn13-MM2細胞裂解物的免疫印跡圖。FL，Full Length。

二、hRpn13 的多維抗癌潛力

1. 靶向hRpn13的化合物誘導細胞凋亡

研究表明，多種hRpn13靶向分子（如 PROTAC和雙苯叉基化合物）能有效抑制癌細胞生長，包括骨髓瘤、結直腸癌、胃癌等。這些分子通過復雜機制誘導hRpn13依賴的凋亡，但并不破壞其與蛋白酶體或泛素的相互作用。

2. hRpn13在基因調控中的作用

研究發現，hRpn13不僅影響蛋白質降解，還通過多種途徑調控基因表達：

• NF-κB信號通路：hRpn13缺失降低了轉錄活性因子p50的水平，并減少了其前體蛋白p105的磷酸化，進一步削弱了與免疫反應和細胞壓力相關的基因表達。

• 表觀遺傳調控：hRpn13與組蛋白去乙酰化酶HDAC8及瓜氨酸化酶PADI4相互作用，可能通過表觀遺傳機制影響細胞骨架和免疫反應相關蛋白。

3. 跨細胞類型的蛋白酶體組分差異

PADI4被證明能夠結合蛋白酶體并影響其活性，而hRpn13缺失或NF-κB抑制劑則顯著降低PADI4的水平。這一發現提示蛋白酶體的組成可能因細胞類型不同而有所變化，為個性化治療提供了新方向。

圖3. hRpn13 Pru缺失后骨髓瘤細胞中的膜起泡增加

(A和B) 通過共聚焦熒光顯微鏡獲取的z軸堆疊圖像切片，顯示RPMI8226野生型（WT）、trRpn13-MM1和trRpn13-MM2 細胞在間期（A）或有絲分裂（B）階段的表現。細胞染色分別標記 F-肌動蛋白（鬼筆環肽，紅色）、β-微管蛋白（TUBB4A，黃色）和DNA（DAPI，藍色）。白色箭頭指示膜起泡的區域。每張切片距離蓋玻片的距離（左上角）以及比例尺（右下角，5 μm）均已標示。

(C) 顯示具有膜起泡細胞比例的統計圖。使用Mann-Whitney非參數檢驗計算統計顯著性。數據以均值±標準誤（SEM）形式表示。

(D)RPMI 8226 WT、trRpn13-MM1和trRpn13-MM2 細胞的共聚焦熒光顯微圖像，染色標記 Annexin V（綠色）、F-肌動蛋白（鬼筆環肽，紫色）和DNA（DAPI，藍色）。頂部面板顯示合并圖像，箭頭指示起泡區域。比例尺為5 μm。

三、研究挑戰與未來展望

1. 檢測技術的限制

• 瓜氨酸化檢測存在質譜靈敏度不足和抗體特異性不強的問題，限制了PADI4活性的全面解析。

• 細胞骨架相關蛋白（如MYO1E）的檢測同樣受到抗體供應不足的影響。

2. 機制性問題待解

• hRpn13缺失是否通過NF-κB間接影響PADI4的豐度？

• 蛋白酶體其他底物受體的缺失是否會引發類似效應？

3. 蛋白酶體與表觀遺傳學的交匯

未來研究需要深入探討hRpn13與HDAC8、PADI4及NF-κB通路之間的協同作用，尤其是在不同細胞類型和組織中的動態變化。這些研究將為基于hRpn13 的個性化治療提供更加全面的理論基礎。

四、結語

從蛋白質降解到基因表達，hRpn13在細胞生物學中的功能超出了傳統認知。盡管研究中仍面臨技術和機制性挑戰，其多維度的抗癌潛力為新型治療方法的開發帶來了希望。未來，隨著檢測技術的進步和機制研究的深入，我們或許能更好地將hRpn13的生物學復雜性轉化為臨床實踐中的抗癌利器。

參考文獻：

Osei-Amponsa V, Chandravanshi M, Lu X, Magidson V, Das S, Andresson T, Dyba M, Sabbasani VR, Swenson RE, Fromont C, Shrestha B, Zhao Y, Clapp ME, Chari R, Walters KJ. hRpn13 shapes the proteome and transcriptome through epigenetic factors HDAC8, PADI4, and transcription factor NF-κB p50. Mol Cell. 2024 Feb 1;84(3):522-537.e8. doi: 10.1016/j.molcel.2023.11.035. Epub 2023 Dec 26. PMID: 38151017; PMCID: PMC10872465.