李旭等建立Notch信号通路蛋白互作网络，发现关键调控蛋白LRP1

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Notch信号通路最初发现于果蝇(Drosophila)，至今已有近一个世纪的研究【1】。它在从秀丽隐杆线虫(C. elegans)到哺乳动物等多种物种中高度保守，被认为是发育过程中最重要的信号通路之一【2】。Notch信号将一个细胞的命运与相邻细胞的命运联系在一起，并在凋亡、分化和迁移的调控中起着核心作用。Notch通路异常与多种人类疾病有关，包括发育综合征和一些复杂疾病，如阿尔茨海默病、先天性心脏病和癌症【3-5】，但我们对Notch信号通路蛋白质网络的构成和调节知之甚少。系统研究Notch信号通路的蛋白-蛋白相互作用网络将有助于阐明这一重要信号通路的微妙调控，及其与其他重要信号通路的交互。

2021年10月8日，西湖大学生命科学学院李旭、马仙珏、吴连锋课题组与加州大学Irvine分校Wenqi Wang课题组、MD Anderson癌症中心Junjie Chen课题组合作，在Developmental Cell杂志上以长文形式发表了题为Low-density Lipoprotein Receptor-related Protein 1 Mediates Notch Pathway Activation的研究论文。该工作首次在人类细胞系中建立了Notch信号通路蛋白互作网络，发现了Notch通路的关键上游调控因子LRP1，并揭示了靶向LRP1的药物未来可能用于Notch通路异常激活的癌症的治疗。

研究团队首先在人类细胞中构建了Notch信号通路中13个核心蛋白(NOTCH1/2/3/4, MAML1/2/3, JAG1/2, DLL1/3/4, RBPJ)的稳转细胞系，并利用串联亲和纯化-级联质谱法鉴定了与Notch通路的13个核心成分相关的蛋白复合物。之后，研究团队通过生物信息学方法鉴定了许多高可信度的相互作用蛋白，并依此建立了人类Notch信号通路的蛋白互作网络，极大地拓展了目前对于Notch信号通路的认知。

配图：（左）Notch信号通路蛋白互作网络中的重要蛋白及相关功能。（右）人类Notch信号通路蛋白质互作网络：两个星球（细胞）间的闪电（Notch通路配体受体结合）引发了星球上分子（蛋白质）的结合，创造了生命（下游信号），并在浩瀚的宇宙间引发了回响（整个系统的生理及病理变化）。

通过将Notch通路蛋白互作网络与多个人类疾病相关的数据库整合，研究团队发现Low-density Lipoprotein Receptor-related Protein 1 (LRP1)可能是Notch信号通路重要的调控因子。LRP1不仅可以与Notch通路的配体Delta结合，同时在与Notch失调相关的先天性心脏病、急性T淋巴细胞白血病(T-ALL)及鳞状细胞癌(SCC)中均发现LRP1突变和表达异常，这说明LRP1很可能参与Notch信号通路调控。

随后，研究团队进行了一系列生化及细胞实验，证实了LRP1是Notch通路的一个关键上游调控因子。LRP1通过与Notch配体Delta相互作用，影响其与E3泛素连接酶的结合，进而参与Notch配体Delta泛素化链型的改变，从而介导Delta的内吞循环、膜定位和稳定性。为了进一步证明LRP1在Notch信号通路中的重要性，研究团队利用秀丽隐杆线虫及果蝇这两种模式生物，对LRP1的功能进行深入探究，并证实了LRP1参与Notch通路的活化。最后，为了确定LRP1在病理条件下的生物学意义，研究者构建了小鼠异种移植瘤和尾静脉注射的T-ALL模型，并发现敲除LRP1可显著抑制白血病细胞迁移、侵袭和肿瘤发生。使用LRP1的拮抗剂RAPm6可以有效抑制Notch信号的激活，并显著减缓肿瘤发展。

综上所述，研究者利用蛋白质组学及生物信息学建立了人类Notch信号通路的蛋白互作网络，并使用生化及细胞生物学和多种模式生物实验，发现Notch信号通路的一个关键上游调控因子LRP1，并揭示其或可作为Notch相关疾病潜在的药物治疗靶点。

西湖大学生命科学学院卞维祥、江华、许纹衍、郝婉钰、岁月，以及MD Anderson癌症中心Mengfan Tang为论文的共同第一作者。西湖大学生命科学学院李旭、马仙珏、吴连锋，MD Anderson癌症中心Junjie Chen，以及加州大学Irvine分校Wenqi Wang为论文的共同通讯作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.09.015

参考文献

1. Mohr, O.L. (1919). Character Changes Caused by Mutation of an Entire Region of a Chromosome in Drosophila. Genetics 4, 275-282.

2. Kovall, R.A., Gebelein, B., Sprinzak, D., and Kopan, R. (2017). The Canonical Notch Signaling Pathway: Structural and Biochemical Insights into Shape, Sugar, and Force. Dev Cell 41, 228-241.

3. Woo, H.N., Park, J.S., Gwon, A.R., Arumugam, T.V., and Jo, D.G. (2009). Alzheimer's disease and Notch signaling. Biochem Biophys Res Commun 390, 1093-1097.

4. Luxan, G., D'Amato, G., MacGrogan, D., and de la Pompa, J.L. (2016). Endocardial Notch Signaling in Cardiac Development and Disease. Circ Res 118, e1-e18.

5. Aster, J.C., Pear, W.S., and Blacklow, S.C. (2017). The Varied Roles of Notch in Cancer. Annu Rev Pathol 12, 245-275.

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