Ophiobolin A共价靶向线粒体复合物 IV，导致癌细胞代谢崩溃

分享一篇发表在ACS Chemical Biology上的文章，文章题目是“Ophiobolin A Covalently Targets Mitochondrial Complex IV Leading to Metabolic Collapse in Cancer Cells”，通讯作者是来自加州大学伯克利分校的Thomas J. Maimone教授和Daniel K. Nomura教授。Thomas J. Maimone教授主要研究方向是天然产物全合成和有机反应催化剂设计；Daniel K. Nomura教授主要研究方向是利用化学蛋白质组学开发共价配体和靶向蛋白降解。

从微生物、植物和其他生物体中分离出的天然产物是药物的重要来源，天然产物及其衍生物已经被广泛用于治疗细菌和真菌感染、炎症、糖尿病和癌症。Ophiobolin A （OPA）是一种植物毒性真菌衍生的甾萜类天然产物，已被证明在数十种癌细胞类型中具有抗增殖活性。OPA最初由Ishibashi和Nakamura于1958年从真菌Ophiobolus miyabeanus中分离出来，并被发现可作为一种钙调蛋白抑制剂，其原理是OPA中的羰基可以与钙调蛋白中的赖氨酸残基形成Schiff碱，从而使钙调蛋白失活。最近的研究表明，OPA抑制乳腺癌、白血病、神经胶质瘤和胶质母细胞瘤等肿瘤细胞系的生长，因此作者推测OPA可能作为某种蛋白的共价配体影响癌细胞的生长。

为了确定这种天然产物的直接靶标和潜在机制，作者首先使用isoTOP-ABPP技术，在肺鳞状细胞癌细胞系NCI-H1703中鉴定到了8个半胱氨酸靶标和2个赖氨酸靶标。随后作者对其中5个靶标蛋白进行了敲低，发现这些蛋白敲低都会降低OPA对癌细胞增殖的抑制能力。而在这5个靶标之中，COX5A的敲低示出OPA介导的抗增殖作用最显著的衰减，因此作者在上述靶标中选择了COX5A及同一蛋白复合物中的HIGD2A作为后续研究的对象。

细胞色素C氧化酶亚基5A（COX5A）和线粒体低氧诱导基因1结构域家族成员2A（HIGD2A）是电子传递链复合体IV（细胞色素C氧化酶）的一部分。作者首先通过使用证实了OPA能够直接共价结合COX5A和HIGD2A。作者进行Seahorse代谢研究，监测线粒体耗氧量，这是线粒体电子传递链活性的量度。结果显示OPA显著增加了 NCI-H1703 细胞中的线粒体耗氧量，表明 OPA 能够与 COX5A 和 HIGD2A 结合，并可能通过电子传递链的复合体 IV 激活这些蛋白。同时，作者观察到在OPA处理的细胞内，第一个小时内线粒体ATP水平最初显著急剧上升，随后快速降至对照组线粒体ATP水平以下。而在HIGD2A 和 COX5A敲低的细胞中，OPA处理细胞产生的ATP峰值显著降低。这些结果表明，OPA 靶向电子传递链复合物 IV 中的 COX5A 和 HIGD2A，以增加线粒体 ATP 的产生和耗氧量，最终导致线粒体活性氧应激加剧，线粒体通透性和功能受损。