哺乳动物细胞抗增殖多肽高通量筛选揭示关键转录因子调控网络

转录因子（TFs）是一种很有前途的治疗多种疾病的靶点。TFs通过参与多种特定的蛋白−蛋白的相互作用来发挥其细胞作用。例如，一些转录因子的同源或异源二聚控制着DNA结合，而转录因子与基础转录机制或染色质修饰成分之间的相互作用也可能是至关重要的。虽然在理论上，小分子可以用来破坏TF功能所需的特定蛋白−蛋白界面，但在实践中，很难识别具有必要的特异性和有效性的小分子，可能是由于TF蛋白界面往往是广泛的蛋白−功能的基础。然而，与小分子相比，多肽有潜力提供破坏这种界面所需的特异性和功效。本研究通过对来自人类核定位蛋白的80分子蛋白区域（多肽）文库的高通量聚合筛选，鉴定出了抑制白血病细胞增殖的∼15多肽。抗增殖肽富集于已知参与特定TF二聚化的区域，包括碱性亮氨酸拉链（bZIP）结构域家族。其中一个bZIP结构域，JDP2；bZIP_1来自TF JDP2，是顶级的抗增殖肽，使K562细胞的增殖减少了2倍。JDP2；bZIP_1抑制AP-1的转录活性，并表型复制JDP2的过表达，表明该肽通过天然的JDP2机制影响增殖。考虑到bZIP结构域的强保守性，注释的二聚体结构域之外的残基对肽的抗增殖能力至关重要。肽介导的抗增殖作用启动了K562细胞的红细胞分化，并在多个细胞系模型中增加了G0/G1细胞。其它抗增殖肽，包括JDP2；bZIP_1，不需要核定位信号来发挥作用。

关键发现：

1、核Pfam结构域的聚合肽筛选确定了抗增殖肽

图1 聚合肽筛选确定了减少K562细胞增殖的核结构域

为了鉴定影响的增殖肽，作者生成了一个带有HA标签、PYL1蛋白结构域和融合的NLS的慢病毒表达结构。该筛选确定了具有促增殖或抗增殖作用的多肽。虽然前增殖肽（n = 13）和抗增殖肽（n = 16）的数量相似，但抗增殖肽的效应量更大。具体来说，16个抗增殖肽中有9个的Log₂FC量级小于−2，而13个促增殖肽中只有2个的量级大于2。7种抗增殖肽中有6种的增殖减少，范围从0.452到0.896，而5种促增殖肽的生长没有显著变化。因此，虽然大多数抗增殖肽重现了它们预期的表型，但没有一个促增殖肽在本研究中被进一步研究。

2、bZIP_1结构域对于JDP2；bZIP_1肽的强抗增殖作用是必要的，但也是不够的

图2 bZIP结构域对JDP2；bZIP_1肽最大抗增殖作用的作用是必要的，但不是充分的

80aaJDP2；bZIP_1肽包括一个10 aa N端和6 aa C端附加到注释的bZIP_1结构域（图A）。作者测试了分别截断两个末端（ΔCΔN）和每个末端（ΔC和ΔN）的效果。出乎意料的是，任何一个末端的缺失都导致了抗增殖作用的显著衰减（图B）。这种效应的一个解释可能是肽的不稳定性，所以作者评估了表达这些突变版本的细胞中肽的水平。ΔN和ΔCΔN突变体显示多肽水平显著降低（分别为2.62倍和2.83倍）。与完整的肽段相比，ΔC版本的表达量减少（1.40倍），但明显高于ΔN和ΔCΔN突变体（图C）。总的来说，结果支持了在这些抗增殖肽中对功能性bZIP结构域的需求，而N/C端可能是增强抗增殖作用的关键。

结论

肽疗法在解决药物开发方面具有巨大的潜力，包括开发靶向转录因子功能的工具。先前开发TF靶向肽的研究依赖于理解分子结构来确定候选治疗方法。虽然计算预测结构的新兴技术可以帮助筛选候选肽，但这些预测需要在细胞环境中进行广泛的验证和优化。在这项工作中，作者使用高通量工具来评估蛋白质结构域的集合库，可以快速识别减少癌细胞增殖的多肽。其他的细胞模型也可能发现更实质性的抗增殖作用。例如，在伊马替尼耐药的K562细胞中进行类似的筛选策略，发现对JDP2；bZIP_1具有更大的抗增殖作用。总之，肽仍然是基于干扰蛋白−蛋白相互作用治疗应用的潜在工具。这项研究扩大了高通量肽筛选的成功应用，并将促进进一步发展，以识别不同表型和细胞背景下的功能肽。

原文：Liila-Fogarty, S. M., Boyum, G. E., Schwabe, C. L., & Hess, G. T. (2024). A High-Throughput Screen for Antiproliferative Peptides in Mammalian Cells Identifies Key Transcription Factor Families. ACS synthetic biology, 13(11), 3548–3562.