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Dev Cell｜黄熹/Michael Taylor团队通过正向遗传学筛选揭示钾离子通道维持髓母细胞瘤生长机制

BioArt · 公众号 · 生物 · 2025-01-25 09:10

正文

癌基因组的生物学特征包括调控肿瘤起始、进展、维持的驱动突变（driver mutation）和不具有功能的“乘客”突变（passenger mutation）。鉴定出肿瘤驱动突变中的维持基因对于开发有效的肿瘤治疗方法至关重要。髓母细胞瘤（Medulloblastoma）是儿童中最常见的恶性脑肿瘤，占小儿中枢神经系统原发性肿瘤的20%左右，具有快速生长和高度转移的特点，临床表现通常包括头痛、呕吐、共济失调和颅内压增高等症状，目前的标准治疗包括最大安全手术切除、颅脊放射治疗和细胞毒性化疗。尽管如此，标准治疗带来的后遗症和肿瘤高复发率严重降低患者的生存质量和生存率。基于整个肿瘤的基因组学研究发现，髓母细胞瘤分为四个亚型：WNT、SHH、3型和4型。其中SHH 型髓母细胞瘤起源于小脑颗粒神经元前体细胞中SHH信号通路的过度激活，因标准治疗存在局限性，寻找其维持基因作为治疗靶点具有重要意义。

2025年1月24日，加拿大多伦多大学黄熹教授团队和贝勒医学院Michael D. Taylor教授团队在Developmental Cell 上发表了题为 A forward genetic screen identifies potassium channel essentiality in SHH medulloblastoma maintenance 的研究论文。该工作通过正向遗传筛选结合人类髓母细胞瘤转录组分析确定了电压门控钾通道KCNB2作为一个髓母细胞瘤的维持基因，可以通过控制肿瘤细胞内钾离子稳态、细胞膜张力和生化信号传导来促进髓母细胞瘤的生长，并且KCNB2的敲除与髓母细胞瘤药物靶向治疗协同作用，增强了抗肿瘤效果。

首先，研究团队创新性的构建了一个基于Sleeping Beauty（SB）和piggyBac（PB）混合转座子的体内插入突变筛选系统，称为“Lazy Piggy”，利用两种转座酶的不同转座效率，进行两次顺序筛选，首次用于启动癌症，第二次用于识别维持基因。这个系统可以在髓母细胞瘤易感小鼠的肿瘤细胞中改变基因表达以增强肿瘤形成，然后逆转被改变的基因表达以识别含有转座子插入的维持基因。通过结合在小鼠中进行Lazy Piggy筛选和人类髓母细胞瘤的转录组数据分析，研究者们最终确定了SHH型髓母细胞瘤中的维持基因，其中包括电压门控钾通道KCNB2。

在机制上，研究团队发现了KCNB2 可以调控SHH型髓母细胞瘤中具有干性的肿瘤细胞的体积。KCNB2基因敲除通过调节钾离子稳态，导致细胞体积增加和细胞膜张力降低，促进表皮生长因子受体EGFR在细胞中依赖于Caveolin1的内吞过程，从而整体降低了表皮生长因子受体相关的促肿瘤信号传导通路，最终抑制了髓母细胞瘤的增殖和肿瘤的恶性特征。值得注意的是，KCNB2 缺失不影响小鼠的正常发育，这为通过靶向KCNB2来治疗髓母细胞瘤提供了非常有利的条件。研究团队发现KCNB2 缺失与 SHH 通路抑制剂 vismodegib 联合可显著延长SHH髓母细胞瘤小鼠生存期，表明靶向 KCNB2 与现有治疗手段具有协同作用。

总体而言，这项研究工作通过正向遗传学筛选发现了一个SHH型髓母细胞瘤肿瘤维持进展中特异的电压门控钾离子通道基因KCNB2，揭示了此基因可以调节肿瘤细胞钾离子稳态，改变细胞体积和细胞膜张力，进而影响EGFR的内吞作用，减少EGFR信号传导，并且协同SHH型髓母细胞瘤靶向抑制剂具有更好的治疗作用。此外，这项研究阐明了钾离子稳态可以整合肿瘤细胞膜张力和促肿瘤增殖信号通路的机制，为未来的癌症治疗和药物研发都提供了新的策略。

多伦多大学分子遗传学系博士生Jerry J. Fan为本文的第一作者，博士生Anders W. Erickson、Patryk Skowron，博士后Julia Carrillo-Garcia、Xin Wang为共同第一作者；贝勒医学院Michael D. Taylor教授为共同通讯作者，多伦多大学黄熹教授为本文的最后通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.devcel.2025.01.001

附黄熹团队研究离子通道在脑肿瘤中功能的部分工作：

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