铁(Fe3+)依赖的端粒酶再激活驱动结直肠癌发展

2024-07-16 Tue
铁（铁离子3+）依赖的端粒酶再激活驱动结直肠癌发展一、研究背景结直肠癌（Colorectal Cancer，CRC）是全球第三大常见癌症，而其发病原因涉及基因和非基因因素。然而，已有研究表明，铁含量过高和遗传性铁超载与CRC的发生有显著关联，但如何通过金属介导的信号通路导致致癌作用仍是个谜。红肉中包含的杂环胺、多环芳烃等已被认为是促癌物，但较少研究解答铁水平升高如何驱动CRC的发生。此外，铁在细胞必需的正常生理功能中扮演关键角色，但铁含量异常可能导致组织损伤和DNA损伤，从而促进癌细胞生长。因此，了解铁在CRC发病中的具体分子机制具有重要意义。
二、研究来源该研究由来自新加坡科学技术研究局（A*STAR）下属的分子与细胞生物学研究所（Institute of Molecular and Cell Biology, IMCB）等多个机构的研究人员联合开展。主要作者包括Raghuvaran Shanmugam，Prativa Majee，Wei Shi等。研究发表于《Cancer Discovery》期刊，揭示了铁在结直肠癌发展中的关键作用。
三、研究工作流程1. 研究程序的详细说明研究首先从新鲜结直肠癌患者样本、患者源性移植物（PDX）及原代结直肠癌类器官和细胞系中，鉴定出在铁（铁离子3+）依赖下，端粒酶逆转录酶（hTERT）被重新激活是CRC发病的关键。随后，通过化学基因筛选，结合等温剂量响应指纹和质谱分析，研究人员找到了一种小分子SP2509，它通过与铁离子3+竞争结合特异性抑制Pirin介导的hTERT再激活。
具体流程包括几个主要步骤：
a. 端粒酶调控因子的筛选研究人员构建了一个端粒酶逆转录酶（hTERT）启动子控制的纳米萤光素酶报告系统。使用这一系统对多个小分子库进行高通量筛选，最终找到SP2509作为最强的hTERT转录抑制剂之一。
b. 实验验证及分子靶标确认通过热致溶解实验和质谱分析，确认SP2509的分子靶标是Pirin，一种铁结合蛋白。随后通过补充实验，发现SP2509通过与铁竞争结合，抑制了Pirin的功能，导致hTERT表达量和端粒酶活性的减少。
c. 铁离子3+和hTERT活性的相关性研究研究利用40个新鲜CRC患者样本，通过端粒酶重复扩增协议（TRAP）和普鲁士蓝染色法，发现肿瘤样本中铁离子3+水平和端粒酶活性显著相关，表明铁在hTERT转录中的关键作用。
d. Pirin对hTERT转录的正向调控作用通过转基因和小分子抑制剂实验，验证了Pirin在铁离子3+依赖下对hTERT转录的调控作用。实验显示Pirin过表达可以恢复被SP2509抑制的端粒酶活性，而Knockdown或突变Pirin则显著减低hTERT表达和细胞增殖能力。
e. 进一步的体内研究在Pirin高表达和低表达的患者源性移植瘤（PDX）模型中，发现补铁会显著促进肿瘤生长，而铁螯合剂（如DFO）和SP2509可以抑制Pirin高表达PDX快速生长，这些发现提供了进一步支持Pirin在铁依赖性hTERT转录激活中的关键作用。
2. 研究结果研究发现了几个关键点：
Pirin是一个线性依赖于铁的转录因子，在铁离子3+存在下促进hTERT转录并驱动CRC发生。
SP2509作为小分子抑制剂，通过对Pirin结合位点的竞争作用，显著抑制端粒酶活性，从而抑制CRC细胞增殖。
hTERT转录的重新激活在Pirin高表达和铁离子3+高的CRC样本中尤为显著，表明以上因素在CRC发生和进展中的相互作用。
四、研究意义与价值1. 科学价值该研究首次揭示了铁在结直肠癌发展中的分子机制，提供了铁依赖的Pirin作为hTERT转录的关键调节因子，为理解铁与癌症之间的关系提供了新的视角。同时，明确了通过小分子SP2509抑制Pirin功能，成功降低了端粒酶活性和癌细胞的增殖能力，为癌症的治疗提供了新的靶点。
2. 应用价值该研究结果对于开发新的癌症治疗药物有重要意义，小分子如SP2509有望成为新的治疗手段，特别是针对那些端粒酶活性高和铁离子3+高的CRC患者。此外，铁螯合剂的使用也可在一定程度上控制铁依赖性癌症的进展。
3. 亮点和创新点本研究的几大亮点包括：
首次揭示铁通过Pirin介导的hTERT再激活机制与结直肠癌的关系。
发现小分子SP2509通过竞争铁的结合位点有效抑制Pirin功能，从而抑制端粒酶活性。
提出了将铁螯合剂应用于高铁指数的CRC患者以抑制肿瘤生长的潜在治疗策略。
结论通过深入解析铁在结直肠癌中的作用机制，本研究证明了铁依赖的Pirin在端粒酶再激活和癌症发展中的重要性，并展示了小分子SP2509作为潜在治疗剂的有效性和安全性。未来应进一步研究SP2509在其他癌症类型中的应用，并探索如何更好地结合其他治疗方法提高其临床效果。