撰文 | 图南
责编 | 兮
热休克（heat shock）是一种常见的生理及病理学应激反应，也被应用于疾病治疗中。比如，热疗（Hyperthermia）就是通过提升肿瘤部位的体温来实现，并在临床上与放疗与化疗联合使用。它能够激活肿瘤细胞特殊的基因表达谱，抑制肿瘤血管生成并且激活免疫反应，从而最终达到杀死肿瘤细胞的目的。然而，热疗背后具体的分子机理尚待研究，不同肿瘤对于热疗的响应程度及参与这一过程的细胞信号通路均不清楚。
2020年11月16日，加州圣地亚哥分校的管坤良教授研究组在Nature Cell Biology上发表了题为“Heat stress activates YAP/TAZ to induce the heat shock transcriptome”的研究成果，揭示了Hippo信号通路在细胞热激响应过程中的重要功能。
Hippo信号通路最早是在果蝇中被发现，在进化上高度保守，主要调控细胞的增殖分化及个体发育，决定了器官的大小及稳态。它由一系列的级联激酶反应组成。在活化状态下，激酶MTS1与MTS2或者MAP4Ks能够磷酸化并激活下游激酶LATS1和LATS2。而活化的LATS1/2进一步磷酸化两个关键的转录共激活因子YAP/TAZ，从而是其失活。而在非活化状态下，各级激酶失活，非磷酸化的YAP/TAZ进入细胞核，通过与TEAD转录因子家族共同作用，激活下游基因表达。
管坤良教授组深耕Hippo信号通路多年。他们为了发掘Hippo通路新的调控信号，试验了多种应激条件，最后发现热激能够显著的促进YAP的127位丝氨酸的去磷酸化。数据表明，在HEK293A和A549细胞系中，43℃处理会使得细胞在30分钟内迅速地将YAP完全去磷酸化，同时也能够降低LATS1蛋白表达水平，但是不影响其更上游的MTS1/2和MAP4Ks。同时， 研究人员检测到热激之后，去磷酸化的YAP从细胞质中转移到细胞核内，激活了其下游基因的转录。而将细胞从43℃移回37℃培养之后，YAP又可以重新被磷酸化，说明这种调节是可逆的。值得注意的是，YAP的去磷酸化早于LATS1蛋白水平的下降，说明热激是能够快速使LATS1失去激酶活性。进一步研究表明，在热激15分钟左右，细胞内的LATS1的磷酸化水平显著降低，而蛋白水平依旧维持在60%左右的水平，说明了LATS1是先快速失活，随后再被降解的。通过表征LATS1的泛素化水平及对细胞进行MG132抑制剂处理，研究人员证明了热激之后，LATS1蛋白是通过蛋白酶体途径被降解的。
那么，热激是如何影响LATS1的活性及其蛋白稳定性的呢？研究人员首先聚焦到LATS1的上游激酶MST1/2以及MAP4Ks，将这些基因敲除之后发现它们并不参与到热激调控的LATS1失活及YAP活化过程中。于是，他们重新回到细胞热应激相关主要蛋白HSF-1, HSP70/90上，发现只有HSP90的敲除之后，LATS1以及YAP的去磷酸化过程显著减缓。同时，热激之后，HSP90 与LATS1的相互作用加强，提示HSP90直接参与了LATS1的去磷酸化过程。虽然HSP90并不是磷酸酶，不具备去磷酸化的功能，但是之前的研究发现它能够与磷酸酶PP5相互作用，并且激活PP5，于是研究人员猜测HSP90可能起着一种中间桥梁的作用，连接了LATS1和PP5，从而促进LATS1的去磷酸化。果然，在敲除PP5的细胞中，LATS1及YAP的去磷酸化过程消失了，并且热激状态下,LATS1与PP5的相互作用显著增强。
最后的问题便是，YAP/TAZ的活化对于细胞响应热激过程中发挥了什么样的作用？通常情况下，热应激效应是能够促使细胞在受热后表达特定的基因从而提高细胞适应性并存活下来。研究人员通过在小鼠黑色素瘤细胞中敲除YAP/TAZ发现，双敲的细胞在热激条件下存活率从80%显著下降到45%，说明YAP/TAZ的激活是细胞的热应激自我保护机制的一部分。而进一步转录组分析及染色质共沉淀实验发现，YAP/TAZ激活的大部分下游基因都与细胞热应激效应相关，包括热休克蛋白HSP。而体内实验表明，YAP/TAZ敲低的小鼠黑色素瘤细胞成瘤性降低，肿瘤生长减缓。更为重要的是，它们对于热疗的响应性更为显著，提示YAP/TAZ在肿瘤的热疗敏感性方面具有重要功能。
至此，热激调控Hippo通路的分子机制清晰地展现出来：热激对于Hippo通路的的上游激酶MTS1/2及MAP4Ks影响较小，但是热休克蛋白HSP90却能够将磷酸酶PP5招募到LATS1/2上，促进后者的去磷酸化及泛素化降解过程。在LATS1/2失去活性的情况下，YAP/TAZ磷酸化水平降低，进入细胞核内，激活与热应激相关的基因表达，从而提升细胞的适应性及存活能力。
总体来看，整篇文章抽丝剥茧般的将YAP/TAZ在热激状态下的调控过程一步步阐释清楚，同时也存在一些尚不清晰的问题，比如热激之后，上游激酶MTS1/2和MAP4Ks与LATS1/2的互作更强了，其机制和功能未知。另外，虽然LATS1/2的去磷酸化过程及相关的酶（PP5）已经被鉴定出来，但是其降解过程中的涉及的泛素化酶依旧有待考证。
https://doi.org/10.1038/s41556-020-00602-9
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