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聚(ADP-核糖)聚合酶(PARPS)在DNA损伤修复与细胞凋亡中发挥着重要作用,而PARP抑制剂也是首个获准上市的靶向DNA损伤修复机制的抗癌药物。
复旦大学吴家雪研究员团队基于小分子芯片(>3000种)的高通量筛选,找到并证明EGCG是PARP16的抑制剂。EGCG通过抑制ER应激诱导的PERK磷酸化和UPR相关基因的转录,导致ER应激条件下癌细胞凋亡的剧烈增加。该研究结果已在《Cell Death Discovery》杂志在线发表。
1. PRAP16的潜在抑制剂筛选
在大肠杆菌中表达并使用亲和层析纯化GST-PARP16蛋白,该蛋白用于小分子芯片的筛选。使用的小分子芯片上含有>3000种的小分子化合物,包含中药活性单体、FDA批准药物和小分子抑制剂等。该小分子芯片与纯化的GST-PARP16蛋白进行孵育反应后,筛选出19种与PARP16具有高亲和力的小分子(图1 A)。
在这些小分子存在条件下,体外检测PARP16的活性,如图1B所示,大多数的小分子都能抑制PARP16的活性,其中,化合物ECG完全抑制了PARP16的活性,表明它可能是PRAP16的潜在抑制剂。
图1. PARP16的潜在抑制剂鉴定
(A)小分子芯片筛选;(B)19种化合物对PARP16的体外抑制活性。
2. EGCG和ECG抑制PARP16活性
由于ECG和EGCG具有非常相似的结构,研究者猜测提高EGCG也可能抑制PARP16活性,并做了一系列实验来验证这一猜想。结合动力学常数显示PARP16结合ECG和EGCG的解离常数(Kd)分别为3.41和6.16 nM,表明它与ECG和EGCG具有高结合亲和力(图2 A)。
通过体外ADP-核糖基化试验检测了ECG和EGCG对PARP16活性的抑制效率,在体外相同条件下EGCG比ECG更有效地抑制PARP16活性(图2 B)。此外,EGCG和ECG对PARP16活性的IC50分别为14.52和47.18μM(图2 C),这些结果表明EGCG是PARP16的潜在抑制剂。
图2. EGCG在体外抑制PARP16活性
(A)ECG和EGCG与PARP16的结合曲线;(B)ECG和EGCG对PARP16的浓度依赖性活性测试;(C)ELISA测定IC 50。
3. EGCG抑制ER应激诱导的PERK磷酸化
前期研究表明PARP16对于ER应激条件下的PERK活化是必需的,所以推测EGCG通过抑制PARP16的活性,从而影响EGCG抑制ER应激诱导的PERK磷酸化。
为了验证该假设,通过单独用EGCG,衣霉素(TUN)、BFA或EGCG与BFA、TUN组合处理QGY-7703和Hela细胞来检测PERK以及eIF2α的磷酸化。如图3 A和B所示,与对照相比,BFA和TUN显著诱导PERK和eIF2α的磷酸化,并且EGCG处理条件下有效地抑制了这种诱导。这些结果表明EGCG抑制ER应激诱导的PERK和eIF2α的磷酸化。
图3. EGCG抑制ER应激诱导的PERK信号传导
(A)和(B)对p-PERK(Thr 981),p-eIF2α(Ser 51),eIF2α(总)和微管蛋白的抗体进行免疫印迹。* P<0.05,** P<0.01。 BFA,Brefeldin 处理;p-PERK,磷酸化PETK;p-eIF2α,磷酸化eIF2α; TUN,衣霉素处理;UT,未经处理。
4.EGCG抑制ER应激诱导的UPR相关基因的转录
在Hela细胞中用EGCG,TUN和BFA单独处理或EGCG与BFA和TUN结合处理后,通过定量实时PCR检测UPR相关基因的表达。如图4A和B所示,与对照相比,BFA和TUN显著诱导UPR相关基因的表达,并且用EGCG处理Hela细胞抑制了这种诱导,进一步表明EGCG抑制ER应激诱导的UPR。
图4.EGCG减弱ER应激诱导的UPR相关基因的表达
(A)在Hela细胞中,EGCG和BFA处理条件下UPR相关基因的表达;(B)在Hela细胞中,EGCG和TUN处理条件下UPR相关基因的表达。
5.EGCG通过PARP16增强ER应激诱导的细胞凋亡
研究人员通过流式细胞术检测了在EGCG处理条件下,对TUN或BFA诱导PARP16野生型和缺陷细胞凋亡的影响。如图5所示,EGCG处理仅对PARP16野生型的细胞凋亡有影响,对PARP16缺陷细胞的凋亡无影响。
图5. EGCG通过PARP16增强ER应激诱导的细胞凋亡
小结:
在这项研究中,已经证明EGCG可以显着抑制PARP的活性,从而抑制ER应激诱导的PERK磷酸化,导致ER应激诱导癌细胞凋亡的剧烈增加。这些结果表明EGCG可能与ER应激诱导的药物组合使用来治疗癌细胞。
参考文献:
Wang J, Zhu C, Song D, et al. Epigallocatechin-3-gallate enhances ER stress-induced cancer cell apoptosis by directly targeting PARP16 activity[J]. Cell Death Discovery, 2017, 3:17034.
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