酪氨酸激酶（RTK）介導(dǎo)的下游效應(yīng)途徑的活化，例如RAS GTPase / MAP激酶（MAPK）信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，被認(rèn)為僅發(fā)生于哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的脂膜區(qū)。在最近一項(xiàng)研究中，來(lái)自美國(guó)加州舊金山分校的Trever G. Bivona團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種基于蛋白質(zhì)顆粒的無(wú)膜亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，可以組織癌癥中的RTK / RAS / MAPK信號(hào)傳導(dǎo)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《Cell》雜志上。

受體酪氨酸激酶（RTK）/ RAS / MAP激酶（MAPK）信號(hào)在調(diào)節(jié)正常人細(xì)胞的增殖和存活中起著重要作用，并且通常通過(guò)多種機(jī)制在人類癌癥中被過(guò)度激活。正常狀態(tài)下的RTK是不可或缺的膜蛋白，而RTK信號(hào)激活此前被認(rèn)為僅發(fā)生在脂膜區(qū)，包括細(xì)胞質(zhì)膜（PM）和細(xì)胞內(nèi)的帶膜細(xì)胞器，如胞內(nèi)體等。此外，RAS GTPase的激活和下游MAPK信號(hào)傳導(dǎo)依賴于RAS蛋白與脂膜的結(jié)合。

與細(xì)胞膜以及胞內(nèi)的脂質(zhì)結(jié)構(gòu)細(xì)胞器不同，生物分子縮合物（biomolecular condensates）是主要基于蛋白質(zhì)的無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)（例如P-小體，核仁和應(yīng)激顆粒等）進(jìn)行亞細(xì)胞區(qū)室化的新興機(jī)制（Alberti等， 2019; Shin和Brangwynne，2017）。盡管此前研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子縮合物（transcription factor condensates）與癌癥之間的聯(lián)系，但生物分子縮合物在致癌信號(hào)傳導(dǎo)和癌癥發(fā)病機(jī)理中的功能作用仍有待確定。

癌癥發(fā)生過(guò)程中RTK / RAS / MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常的情況包括涉及RTK的染色體重排，它們會(huì)產(chǎn)生嵌合的癌蛋白，幾乎所有致癌的ALK和RET融合蛋白都保留了細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，其中包括激酶，但缺乏天然的跨膜結(jié)構(gòu)域。因此，這些癌化的RTK蛋白在如何在不依賴細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的情況下發(fā)生信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，以及這些RTK融合癌蛋白如何激活RAS信號(hào)成為了亟待解決的問(wèn)題。

先前研究發(fā)現(xiàn)：肺癌和其他癌癥亞型中經(jīng)常出現(xiàn)的“棘皮動(dòng)物微管相關(guān)蛋白4（EML4）”-ALK融合癌蛋白的形成依賴于RAS GTPase激活和下游RAF / MEK / ERK（MAPK途徑）信號(hào)傳導(dǎo)。研究表明，EML4-ALK復(fù)合體的形成并非局限于細(xì)胞膜，而是定位于未知的細(xì)胞內(nèi)點(diǎn)狀細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)，并且這種特定的細(xì)胞內(nèi)定位對(duì)于EML4-ALK激活RAS和下游MAPK信號(hào)傳導(dǎo)至關(guān)重要。

在這項(xiàng)研究中，作者試圖研究ALK融合癌蛋白在細(xì)胞中的定位，并且將最初的研究重點(diǎn)放在EML4-ALK變體1上。首先，作者利用患者來(lái)源的癌細(xì)胞H3112（其內(nèi)源性表達(dá)EML4-ALK變異體）進(jìn)行免疫熒光檢測(cè)，證實(shí)了EML4-ALK定位于細(xì)胞質(zhì)中的點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，而非細(xì)胞膜。之后，作者通過(guò)在表達(dá)攜帶FLAG標(biāo)簽的EML4-ALK的Beas2B細(xì)胞中進(jìn)行成像分析而驗(yàn)證了上述發(fā)現(xiàn)。然后，作者使用一系列成熟的細(xì)胞學(xué)檢測(cè)手段研究了EML4-ALK的生物物理特性。研究發(fā)現(xiàn)，EML4-ALK顆粒不是簡(jiǎn)單，均質(zhì)的液滴：1）在活細(xì)胞成像的時(shí)間窗口內(nèi)未觀察到裂變或融合事件，并且大多數(shù)顆粒在己二醇處理后仍然存在，這與DCP1B標(biāo)記的液狀P-小體不同；2）超分辨率顯微成像結(jié)果顯示， EML4-ALK顆粒表現(xiàn)出多孔和曲線形狀，而不是液滴所具備的光滑和球形的外觀特征；3）光漂白的熒光恢復(fù)成像（FRAP）結(jié)果顯示，顆粒與顆粒之間的周圍細(xì)胞質(zhì)之間存在異質(zhì)性的EML4-ALK交換現(xiàn)象，1分鐘內(nèi)的中位回收效率為10％，其中部分顆粒的回收率最高為40％ 。上述結(jié)果表明，EML4-ALK形成了全新的胞漿蛋白顆粒，并且表現(xiàn)出了極高的異質(zhì)性，固體狀的特性比液體狀的特性更為普遍。

進(jìn)一步，作者通過(guò)成像手段發(fā)現(xiàn)EML4-ALK無(wú)膜細(xì)胞質(zhì)蛋白顆粒能夠在原位募集RAS激活復(fù)合物GRB2 / SOS1 / GAB1，并且能夠激活下游的RAS信號(hào)。在此基礎(chǔ)上，作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)這一無(wú)膜復(fù)合體具備高度有序特征時(shí)，其在不依賴細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的情況下依然能夠激活下游的RAS/MAPK，而低有序度的蛋白復(fù)合體則不具備上述能力。

綜上，作者通過(guò)一系列精巧的設(shè)計(jì)以及高分辨率成像實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了由RTK形成的全新細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)顆粒結(jié)構(gòu)，并建立了定義RTK癌蛋白形成無(wú)膜蛋白顆粒的結(jié)構(gòu)規(guī)則。該發(fā)現(xiàn)揭示了無(wú)膜的、高有序度胞質(zhì)蛋白符合體是致癌RTK和RAS信號(hào)傳導(dǎo)的獨(dú)特亞細(xì)胞平臺(tái)。

原始出處：Asmin Tulpule, Juan Guan, Dana S. Neel et al., Kinase-mediated RAS signaling via membraneless cytoplasmic protein granules. Cell (2021) DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.031

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