イソプレニルシステインカルボキシルメチルトランスフェラーゼは、変異型KRASがTAZタンパク質レベルとがん細胞の自己複製に及ぼす影響に必要であることが明らかになった

Isoprenylcysteine carboxylmethyltransferase is required for the impact of mutant KRAS on TAZ protein level and cancer cell self-renewal.

• Tin Fan Chai
• Kanjoormana Aryan Manu
• Patrick J Casey
• Mei Wang

抄録

がん幹細胞は自己再生能力と化学療法に対する抵抗力を持っている。したがって、効果的ながん治療法を開発するためには、幹細胞の機能を制御する分子を理解することが重要である。TAZは、発生後の哺乳類細胞の幹細胞機能を促進する転写活性化因子であり、TAZの活性を抑制することで、特定の癌における癌幹細胞の幹細胞性を低下させたり、排除したりする。イソプレニルシステインカルボキシルメチル化酵素（ICMT）は、翻訳後プレニル化処理経路の最終段階で、RASを含むいくつかの発がん性タンパク質を修飾するユニークな酵素である。私たちは、ICMTを抑制することで、KRASが駆動する膵臓がんおよび乳がん細胞の自己複製性/ステマ性が低下することを発見しました。ICMTのサイレンシングは、TAZタンパク質レベルの有意な低下と自己複製能力の喪失をもたらしたが、これは変異KRASを過剰発現させることで反転させることができ、TAZの安定性と機能を制御するKRASの能力に対するICMT修飾の機能的な影響を実証した。予想に反して、YAPのタンパク質レベルは、ICMTとKRASによる調節に対してTAZよりもはるかに影響を受けにくく、YAPはこれらの細胞における茎の特徴を調節することにあまり影響を与えないようである。さらに、ICMT依存性のKRASによるTAZの制御はRAFを介して行われているが、PI3Kは介していないことを明らかにした。機能的には、ICMTによるKRASの修飾からTAZタンパク質の安定性へのシグナル伝達カスケードが、in vitroとin vivoの両方の環境でがん細胞の自己再生能力をサポートしていることを示している。さらに、プルーフ・オブ・コンセプトの低分子ICMT阻害剤を用いた研究により、TAZおよび自己複製の調節におけるICMTの役割が確認され、侵攻性KRAS駆動の癌を制御するためにICMTを標的とすることの潜在的な有用性が実証された。

Cancer stem cells possess the capacity for self-renewal and resistance to chemotherapy. It is therefore crucial to understand the molecular regulators of stemness in the quest to develop effective cancer therapies. TAZ is a transcription activator that promotes stem cell functions in post-development mammalian cells; suppression of TAZ activity reduces or eliminates cancer stemness in select cancers. Isoprenylcysteine carboxylmethyltransferase (ICMT) is the unique enzyme of the last step of posttranslational prenylation processing pathway that modifies several oncogenic proteins, including RAS. We found that suppression of ICMT results in reduced self-renewal/stemness in KRAS-driven pancreatic and breast cancer cells. Silencing of ICMT led to significant reduction of TAZ protein levels and loss of self-renewal ability, which could be reversed by overexpressing mutant KRAS, demonstrating the functional impact of ICMT modification on the ability of KRAS to control TAZ stability and function. Contrary to expectation, YAP protein levels appear to be much less susceptible than TAZ to the regulation by ICMT and KRAS, and YAP is less consequential in regulating stemness characteristics in these cells. Further, we found that the ICMT-dependent KRAS regulation of TAZ was mediated through RAF, but not PI3K, signaling. Functionally, we demonstrate that a signaling cascade from ICMT modification of KRAS to TAZ protein stability supports cancer cell self-renewal abilities in both in vitro and in vivo settings. In addition, studies using the proof-of-concept small molecule inhibitors of ICMT confirmed its role in regulating TAZ and self-renewal, demonstrating the potential utility of targeting ICMT to control aggressive KRAS-driven cancers.