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Nat Commun｜中南大學金鑫聯合華中科技大學江科/唐露揭示ZDHHC20-YTHDF3-MYC信號軸在胰腺癌中的促癌機制

2024年5月，中南大學湘雅二醫院金鑫聯合華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院江科/唐露團隊在Nature Communications上在線發表了文章“ZDHHC20-mediated S-palmitoylation of YTHDF3 stabilizes MYC mRNA to promote pancreatic cancer progression”。研究發現KRAS上調的蛋白ZDHHC20在胰腺癌中異常過表達，預示著不良預后；ZDHHC20通過Cys474的棕櫚酰化抑制YTHDF3的溶酶體定位和降解，從而通過m6A修飾進一步調節MYC mRNA的穩定性，促進癌癥細胞的惡性表型。本研究確定了ZDHHC20-YTHDF3-MYC軸以棕櫚酰化依賴的方式促進胰腺癌進展的機制。

胰腺導管腺癌(Pancreatic ductal adencarcinoma, PDAC)是一種致死性實體腫瘤，在世界范圍內發病率較高。由于PDAC缺乏早期診斷，且有轉移和耐藥傾向，因此PDAC的死亡率與發病率幾乎相等。研究表明，KRAS突變是胰腺腫瘤發生的起始事件，常見的突變是KRAS G12D，發生在90%以上的胰腺上皮內瘤變(PanINs)中。在KRAS信號的背景下，PDAC中惡性轉化和腫瘤維持的遺傳控制在很大程度上仍未被探索。

1、KRAS突變通過STAT3誘導ZDHHC20在胰腺癌中積累

作者發現ZDHHC20在胰腺癌細胞系中的表達明顯高于正常胰腺上皮組織，與其他胰腺癌細胞系相比，ZDHHC20在無KRAS突變的胰腺癌細胞系BxPC-3中的表達水平相對較低。此外，TIMER數據庫分析顯示，在KRAS突變的胰腺癌患者的腫瘤組織中，ZDHHC20的表達水平高于沒有KRAS突變的胰腺癌患者。為了進一步研究KRAS突變是否導致ZDHHC20在胰腺癌組織中高表達，作者利用KRAS G12D抑制劑處理胰腺癌細胞，發現KRAS G12D抑制劑處理可顯著下調胰腺癌細胞中ZDHHC20的表達。進一步研究KRAS調控ZDHHC20表達的機制，發現外源KRAS G12D的表達導致ZDHHC20顯著上調。利用KnockTF平臺分析發現STAT3對ZDHHC20具有顯著調節作用，ChIP-qPCR結果表明STAT3可以結合到ZDHHC20的啟動子區。此外，KRAS G12D的外源表達增強了ZDHHC20啟動子區域STAT3的富集。以上表明KRAS突變是胰腺癌中STAT3-ZDHHC20軸過度激活的主要致病因素之一。

2、ZDHHC20以棕櫚酰化依賴的方式促進胰腺癌進展

 接下來，作者探究了ZDHHC20在胰腺癌細胞中的生物學功能。在PANC-1和AsPC-1細胞中特異性敲低ZDHHC20，發現ZDHHC20沉默可顯著降低這些胰腺癌細胞株的增殖、侵襲和遷移。此外，通過細胞源異種移植(CDX)模型，發現ZDHHC20的敲低抑制了腫瘤的生長。作者利用AAV8-shZDHHC20在KPC小鼠中敲低ZDHHC20，發現在KPC小鼠中敲低ZDHHC20導致腫瘤重量降低，胰腺腫瘤病變面積減小，值得注意的是，小鼠存活時間延長，表明ZDHHC20在胰腺癌中作為腫瘤啟動子起作用。考慮到ZDHHC20作為棕櫚酰酰基轉移酶的功能，作者探究了ZDHHC20的致癌能力是否依賴于其棕櫚酰化活性，構建了兩個沒有明顯催化活性的ZDHHC20突變體(C156S和F171A)，發現這兩個突變體的過表達顯著降低了ZDHHC20的棕櫚酰化催化活性，抑制了胰腺癌細胞的增殖和侵襲。表明ZDHHC20可能以部分依賴于棕櫚酰化的方式促進胰腺癌的進展。

3、ZDHHC20通過Cys474上的棕櫚酰化抑制YTHDF3的降解

 作者進一步研究發現ZDHHC20是YTHDF3棕櫚酰化酶，ZDHHC20介導的YTHDF3在Cys474上的棕櫚酰化促進了胰腺癌的進展。為了更全面地了解YTHDF3棕櫚酰化，作者評估了YTHDF3棕櫚酰化修飾對其亞細胞定位的潛在影響。核/胞質分離實驗表明，YTHDF3主要定位于細胞質中，這與之前的報道一致。下調ZDHHC20只降低了YTHDF3的蛋白水平，并沒有改變YTHDF3的mRNA水平。作為一種可逆的翻譯后修飾，棕櫚酰化調節蛋白質的運輸、相互作用和降解。接下來，作者評估了ZDHHC20棕櫚酰化是否調節YTHDF3降解，發現ZDHHC20介導的YTHDF3-Cys474棕櫚酰化抑制了HSC70對YTHDF3的識別，從而通過CMA途徑抑制了其隨后的溶酶體降解。

4、ZDHHC20介導的YTHDF3-Cys474棕櫚酰化穩定MYC mRNA水平

 作者探究了ZDHHC20-YTHDF3軸促進胰腺癌進展的機制，發現YTHDF3棕櫚酰化與MYC表達密切相關。作為m6A的主要讀取器之一，YTHDF3可識別m6A修飾的RNA，隨后調控其穩定性和翻譯，機制研究發現YTHDF3以依賴m6A的方式穩定MYC mRNA。接下來，作者探究了ZDHHC20是否通過影響MYC的生物學功能來促進胰腺癌的進展，評估2-BP處理和敲除ZDHHC20對MYC mRNA穩定性的影響，發現阻斷YTHDF3 Cys474棕櫚酰化可降低MYC mRNA的半衰期。WB結果表明，異位表達ZDHHC20上調MYC的表達，這一作用可被YTHDF3敲除阻斷。MYC沉默在體外和體內逆轉了異位ZDHHC20表達對PDAC的促進作用。以上結果表明，ZDHHC20介導的YTHDF3-Cys474棕櫚酰化調節MYC mRNA的穩定性，促進PDAC的進展。治療性阻斷ZDHHC20-YTHDF3相互作用可抑制胰腺癌進展。

 綜上，KRAS上調的ZDHHC20在胰腺癌患者中異常過表達并與不良預后相關。ZDHHC20表達失調以棕櫚酰化依賴的方式促進胰腺癌的進展，ZDHHC20通過Cys474的S-棕櫚酰化抑制伴侶蛋白介導的YTHDF3自噬，導致致癌產物MYC的異常積累，從而促進癌細胞的惡性表型。以上發現還確定了YTHDF3作為m6A讀取器的致癌作用，并強調了靶向ZDHHC20-YTHDF3-MYC信號軸在胰腺癌中的治療潛力。