血清素（5-羥色胺）是一種單胺神經(jīng)遞質(zhì)，可調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織中的神經(jīng)和其他的生物學(xué)功能。5-羥色胺不但可以通過(guò)直接促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和侵襲改變腫瘤發(fā)展，還可以通過(guò)作用于浸潤(rùn)腫瘤微環(huán)境中的免疫細(xì)胞來(lái)發(fā)揮生物學(xué)功能。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)5-羥色胺可修飾到蛋白質(zhì)的谷氨酰胺殘基上，使蛋白質(zhì)發(fā)生5-羥色胺化翻譯后修飾，進(jìn)而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的功能。然而，5-羥色胺介導(dǎo)CD8+T細(xì)胞抗腫瘤免疫的詳細(xì)分子機(jī)制仍尚未被揭示。

2024年1月11日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院上海市腫瘤研究所張志剛課題組和江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院腫瘤研究院王旭課題組在Molecular Cell（IF=16.0）上發(fā)表題為“A GAPDH serotonylation system couples CD8+T cell glycolytic metabolism to antitumor immunity”的研究文章。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種甘油醛-3-磷酸脫氫酶（GAPDH）的5-羥色胺化體系，可促進(jìn)CD8+T細(xì)胞的糖酵解代謝和抗腫瘤免疫活性。該研究中拜譜生物為其提供LC-MS/MS質(zhì)譜分析，鑒定出CD8+T細(xì)胞中的發(fā)生5-羥色胺化蛋白質(zhì)以及確定GAPDH上發(fā)生5-羥色胺化位點(diǎn)，有助于揭示5-羥色胺化修飾增強(qiáng)CD8+T細(xì)胞的抗腫瘤免疫活性機(jī)制。

文章名稱：A GAPDH serotonylation system couples CD8+T cell glycolytic metabolism to antitumor immunity（2024.01）

發(fā)表期刊：Molecular Cell

影響因子：16.0

拜譜提供技術(shù)：LC-MS/MS質(zhì)譜分析

摘要圖：

圖1 摘要圖(圖源：Xu Wang et al., Mol Cell., 2024)

01、研究結(jié)果

研究人員首先通過(guò)評(píng)估發(fā)現(xiàn)5-羥色胺在生理?xiàng)l件下可能不參與免疫細(xì)胞的發(fā)育，隨后在體外評(píng)估5-羥色胺對(duì)CD8+T細(xì)胞活化是否有直接影響，發(fā)現(xiàn)5-羥色胺可以直接促進(jìn)αCD3/αCD28刺激的CD8+T細(xì)胞的增殖（圖2A）。此外，細(xì)胞內(nèi)染色顯示干擾素(IFN)-γ因5-羥色胺而升高（圖2B）。而RNA測(cè)序后的功能富集分析進(jìn)一步證實(shí)5-羥色胺有效促進(jìn)CD8+T細(xì)胞活化相關(guān)基因的表達(dá)（圖2C）。研究人員使用丙炔化5-羥色胺類似物5-PT刺激CD8+T細(xì)胞，獲得5-PT結(jié)合蛋白，即得到可能發(fā)生5-羥色胺化修飾的蛋白，進(jìn)一步通過(guò)蛋白質(zhì)譜進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)24小時(shí)和72小時(shí)分別鑒定出719和270種蛋白質(zhì)，其中共同鑒定到182種蛋白（圖2D和E）。共有蛋白富集熱圖顯示確認(rèn)為5-羥色胺化的蛋白質(zhì)，包括肌動(dòng)蛋白和組蛋白H3等（圖2F）。此外，在5-PT免疫沉淀底物中鑒定到糖酵解相關(guān)蛋白（圖2G）。通過(guò)測(cè)定前三種富集糖酵解相關(guān)酶的活性，發(fā)現(xiàn)5-羥色胺增強(qiáng)了GAPDH活性，但烯醇化酶1（ENO1）和乳酸脫氫酶A（LDHA）活性均未增強(qiáng)（圖2H），表明5-羥色胺在促進(jìn)GAPDH活性方面具有潛在作用。WB驗(yàn)證5-PT誘導(dǎo)β-肌動(dòng)蛋白以及GAPDH的5-羥色胺化（圖2I）。上述結(jié)果表明GAPDH是5-羥色胺化的底物，并且5-羥色胺化可能與活化的CD8+T細(xì)胞中糖酵解代謝的增強(qiáng)有關(guān)。

圖2| 5-羥色胺促進(jìn) CD8+T細(xì)胞活化并誘導(dǎo)GAPDH 5-羥色胺化(圖源：Xu Wang et al., Mol

研究人員隨后通過(guò)一系列分析工作發(fā)現(xiàn)了組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2（TGM2）介導(dǎo)的5-羥色胺化有助于CD8+T細(xì)胞活化和抗腫瘤免疫。為確定GAPDH上的5-羥色胺化位點(diǎn)進(jìn)行了LC-MS/MS質(zhì)譜分析，結(jié)果顯示在合成的小鼠GAPDH肽中，46、76、183、202和262位的Gln殘基可以被5-羥色胺化（圖3A）。針對(duì)GAPDH蛋白的進(jìn)一步分析顯示Gln183和262是5-羥色胺化的反應(yīng)性底物（圖3B）。GAPDH的糖酵解活性與其亞細(xì)胞定位有關(guān)，GAPDH從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移決定了其有效的酶活性。GAPDH缺乏核定位信號(hào)（NLS），核外運(yùn)信號(hào)（NES）的修飾對(duì)于GAPDH定位至關(guān)重要。GAPDH的NES在不同物種中高度保守（圖3C）。LC-MS/MS質(zhì)譜分析進(jìn)一步證實(shí)GAPDH Gln 262ser（Q262ser）是TGM2誘導(dǎo)的5-羥色胺化的直接底物（圖3D）。隨后WB實(shí)驗(yàn)表明在CD8+T細(xì)胞中觀察到較弱的GAPDH Q262ser修飾（圖3E）。αCD3/αCD28刺激促進(jìn)了GAPDH的5-羥色胺化翻譯后修飾，5-羥色胺的添加進(jìn)一步增強(qiáng)了這種修飾（圖3E）。共聚焦顯微鏡成像還顯示5-羥色胺化的GAPDH Q262ser在CD8+T細(xì)胞中幾乎不表達(dá)（圖3F）。流式分析結(jié)果顯示在CD8+T細(xì)胞中檢測(cè)到的GAPDH Q262ser不到3%（圖3G）。αCD3/αCD28激活使GAPDH Q262ser增加到約28.4%。5-羥色胺進(jìn)一步將GAPDH Q262ser的百分比提高到約40.8%（圖3G）?？傊鲜鼋Y(jié)果揭示了GAPDH Q262ser在活化的CD8+T細(xì)胞中的5-羥色胺化。

圖3| Gln262 在 GAPDH NES 的5羥色胺化促進(jìn)了其在CD8+T細(xì)胞中的細(xì)胞質(zhì)定位和糖酵解活性(圖源：Xu

隨后研究人員發(fā)現(xiàn)5-羥色胺的細(xì)胞內(nèi)積累對(duì)于增強(qiáng)CD8+T細(xì)胞活化和抗腫瘤免疫至關(guān)重要，而且5-羥色胺誘導(dǎo)的GAPDH 5-羥色胺化可以維持CD8+T細(xì)胞的長(zhǎng)期活化。為了評(píng)估CD8+T細(xì)胞5-羥色胺化在腫瘤免疫治療中的治療潛力，研究了其在嵌合抗原受體T（CAR-T）細(xì)胞抗腫瘤功效中的作用，發(fā)現(xiàn)在CAR-T細(xì)胞中過(guò)表達(dá)TPH1產(chǎn)生5-羥色胺可提高抗腫瘤療效。

02、拜譜小結(jié)

作者完整的闡述了TGM2介導(dǎo)GAPDH Q262ser的5-羥色胺化翻譯后修飾促進(jìn)CD8+T細(xì)胞抗腫瘤活性的機(jī)制，GAPDH Q262ser自發(fā)性5-羥色胺化TPH1-CAR-T細(xì)胞具有強(qiáng)大的抗腫瘤活性。該研究結(jié)果通過(guò)提供受體非依賴性5-羥色胺化翻譯后修飾的證據(jù)，擴(kuò)大了已知的神經(jīng)免疫相互作用模式的范圍。這一過(guò)程中拜譜生物提供了LC-MS/MS質(zhì)譜分析服務(wù)，助力化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)解析蛋白質(zhì)功能及翻譯后修飾相關(guān)的疾病機(jī)理。拜譜生物已研發(fā)完成并建立了完善成熟的蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)以及多組學(xué)聯(lián)合產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)體系，歡迎致電咨詢！

參考文獻(xiàn)：Xu Wang, Sheng-Qiao Fu, Xiao Yuan, Feng Yu, Qian Ji, Hao-Wen Tang, Rong-Kun Li, Shan Huang, Pei-Qi Huang, Wei-Ting Qin, Hao Zuo, Chang Du, Lin-Li Yao, Hui Li, Jun Li, Dong-Xue Li, Yan Yang, Shu-Yu Xiao, Aziguli Tulamaiti, Xue-Feng Wang, Chun-Hua Dai, Xu Zhang, Shu-Heng Jiang, Li-Peng Hu, Xue-Li Zhang, Zhi-Gang Zhang. A GAPDH serotonylation system couples CD8+T cell glycolytic metabolism to antitumor immunity, Molecular Cell, 2024. doi.org/10.1016/j.molcel.2023.12.015.