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ヒト髄芽細胞腫細胞における短期ヘッジホッグシグナル伝達のリン酸化プロテオミクス
Phosphoproteomics of short-term hedgehog signaling in human medulloblastoma cells.
PMID: 32576205 PMCID: PMC7310537. DOI: 10.1186/s12964-020-00591-0.
抄録
背景:
異常なヘッジホッグ（HH）シグナル伝達は，髄芽腫などの様々な癌の発生に関与している．GLI転写因子の活性化が経路活性化の原動力となっていることが明らかになった。プロテインキナーゼA、カゼインキナーゼ1、グリコーゲン合成酵素キナーゼ3βなどのキナーゼによるスムージング（SMO）やGLIタンパク質などの必須エフェクターのリン酸化の増加は、エフェクターの活性、安定性、処理を制御しています。しかしながら、シグナル伝達におけるリン酸化についてのより深く、より包括的な理解は、特にSMO活性化およびGLI標的遺伝子制御に先行する初期応答プロセスの間、不明なままである。
BACKGROUND: Aberrant hedgehog (HH) signaling is implicated in the development of various cancer entities such as medulloblastoma. Activation of GLI transcription factors was revealed as the driving force upon pathway activation. Increased phosphorylation of essential effectors such as Smoothened (SMO) and GLI proteins by kinases including Protein Kinase A, Casein Kinase 1, and Glycogen Synthase Kinase 3 β controls effector activity, stability and processing. However, a deeper and more comprehensive understanding of phosphorylation in the signal transduction remains unclear, particularly during early response processes involved in SMO activation and preceding GLI target gene regulation.
方法:
我々は、時間的定量的リン酸化プロテオミクスを応用して、HHに応答するヒト髄芽細胞腫細胞における初期ヘッジホッグシグナル伝達の短期的な化学的活性化と阻害の根底にあるリン酸化ダイナミクスを明らかにした。髄芽細胞腫細胞をSmoothened Agonist (SAG)で5.0と15分間処理してHH経路を誘導し、ビスモデギブでHH経路を阻害した。
METHODS: We applied temporal quantitative phosphoproteomics to reveal phosphorylation dynamics underlying the short-term chemical activation and inhibition of early hedgehog signaling in HH responsive human medulloblastoma cells. Medulloblastoma cells were treated for 5.0 and 15 min with Smoothened Agonist (SAG) to induce and with vismodegib to inhibit the HH pathway.
結果:
我々のホスホプロテオームプロファイリングの結果、5.0および15分処理後にそれぞれ7700および10,000のホスホサイトが定量化された。これらのデータは、5.0分処理後にすでに毛様体の集合、輸送、シグナル伝達の調節にリン酸化が中心的な役割を果たしていることを示唆しています。プロテインキナーゼAシグナル伝達とmTORシグナル伝達に加えて、ERK/MAPKシグナル伝達は、短期間の処理後に異なる制御を受けていた。ビスモデギブ処理ではポロ様キナーゼ1の活性化とカゼインキナーゼ2A1の阻害が特徴的であったが、SAG処理ではオーロラキナーゼA活性が誘導された。SMO、SUFU、GLI2、GLI3などのHHシグナル伝達の中心的なプレーヤーのリン酸化は15分後にのみ観察された。
RESULTS: Our phosphoproteomic profiling resulted in the quantification of 7700 and 10,000 phosphosites after 5.0 and 15 min treatment, respectively. The data suggest a central role of phosphorylation in the regulation of ciliary assembly, trafficking, and signal transduction already after 5.0 min treatment. ERK/MAPK signaling, besides Protein Kinase A signaling and mTOR signaling, were differentially regulated after short-term treatment. Activation of Polo-like Kinase 1 and inhibition of Casein Kinase 2A1 were characteristic for vismodegib treatment, while SAG treatment induced Aurora Kinase A activity. Distinctive phosphorylation of central players of HH signaling such as SMO, SUFU, GLI2 and GLI3 was observed only after 15 min treatment.
結論:
この研究は、SMOの変調に応答してトリガーされたリン酸化が、一次繊毛内のヘッジホッグ経路コンポーネントの局在を決定し、SMO-SUFU-GLI軸の調節に影響を与えることを示す証拠を提供する。これらのデータは、ソニックHH型髄芽細胞腫を含むHH関連癌の標的治療法の開発に関連している。ビスモデギブなどの SMO 阻害薬の作用機序をより深く理解することで、副作用が少なく、薬剤耐性の頻度が低い化合物の開発につながる可能性があります。ビデオ概要。
CONCLUSIONS: This study provides evidence that phosphorylation triggered in response to SMO modulation dictates the localization of hedgehog pathway components within the primary cilium and affects the regulation of the SMO-SUFU-GLI axis. The data are relevant for the development of targeted therapies of HH-associated cancers including sonic HH-type medulloblastoma. A deeper understanding of the mechanisms of action of SMO inhibitors such as vismodegib may lead to the development of compounds causing fewer adverse effects and lower frequencies of drug resistance. Video Abstract.