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RAS突變是許多癌癥類型的基因驅動因素,包括結腸直腸癌(CRC)、胰腺導管腺癌(PDAC)、肺腺癌(LUAD)、非小細胞肺癌(NSCLC)、黑色素瘤和一些血液系統癌癥的一些亞型。雖然這些腫瘤類型是由RAS突變驅動的,但RAS突變的亞型(KRAS、NRAS或HRAS)、密碼子和頻率都隨組織類型而變化。
例如,大多數LUAD(32%)、PDAC(86%)和CRC(41%)由KRAS突變驅動,該突變主要發生在這些腫瘤類型的第12位密碼子。相比之下,29%的黑素瘤是由NRAS突變引起的。與KRAS不同,這些突變發生在密碼子61。
HRAS突變的頻率低于KRAS或NRAS,但一系列頭頸部鱗狀細胞癌(HNSCC;和膀胱癌(6%)由發生在密碼子12或61的HRAS突變驅動。基因工程小鼠模型(GEMMs)總結了在患者腫瘤中觀察到的亞型和密碼子突變偏好。KrasG12D在結腸上皮細胞中的表達可導致細胞過度增殖,而nras12d在結腸上皮細胞中的表達不影響細胞增殖。NrasQ61R在黑素細胞誘導的黑色素瘤中表達,但不表達NrasG12D。因此,針對RAS驅動的癌癥的方法必須對應特定的亞型和特定的密碼子突變。
KRAS基因使用不同的外顯子4編碼兩個剪接變體,產生兩個剪接,KRAS4A和KRAS4B。KRAS4A在C端也含有22或23個氨基酸,因此具有不同的翻譯后修飾和膜定位。KRAS4B一直被認為是主要的異構體,因為它廣泛存在于人類腫瘤中并高度表達。然而,最近發現KRAS4A在癌細胞系中廣泛表達,其在結直腸癌中的表達水平與KRAS4B相當。KRAS4A在GEMMs中可有可無;外顯子4A基因缺失的胚胎可以存活,而Kras的缺失導致胚胎死亡。
最近,Kras4B也被證明在小鼠中是可有可無的,這表明這兩個亞型在發育過程中是功能冗余的。而Kras4A或Kras4B的缺失導致了對肺腫瘤形成的抵抗,表明腫瘤啟動需要這兩個亞型。這兩種亞型也可能在腫瘤微環境中發揮特定作用。
KRAS4A的表達增加了對應激如缺氧的適應性,KRAS4B在干細胞和祖細胞中表達。腫瘤可以通過剪接適應在壓力下表達KRAS4A。這些最近的研究補充了KRAS4A在腫瘤發生中的作用,改變了抑制KRAS的傳統觀點,因為現在也需要考慮KRAS4A。
RAS突變體的生化特性
小的GTP酶,如RAS,在GTP結合的非活性狀態和GTP結合的活性狀態之間循環。鳥苷交換因子,如SOS或Ras鳥苷釋放蛋白,促進GDP向GTP的交換。為了促進GTP的水解,使Ras回到GDP,需要Ras的GAP,如神經纖維瘤蛋白(NF1)或p120GAP來介導GTP的水解。RAS密碼子12、13和61的突變破壞了GTP介導的水解,使得這些突變體在GTP結合狀態下持續積累。GTP結合的RAS激活下游效應途徑以促進細胞增殖,最常見的是MAPK和PI3K途徑。
不同RAS突變體的內在GTP酶活性和GDP-GTP交換比可能不同,這一實驗結果可能為如何最好地靶向每個突變體提供了基礎。例如,密碼子12、13和61中的突變通常降低固有的GTP酶活性,除了KRAS-G12C,其顯示出接近野生型的固有GTP酶活性,盡管其p120介導的水解速率降低。事實上,Shokat和他的同事們利用了KRAS- G12C獨特的生物化學特性,并用共價抑制劑結合KRAS- G12C的GDP結合狀態來靶向KRAS- G12C。
相比之下,KRAS-G13D比野生型RAS具有更高的內在交換活性,這表明其受GDP的束縛是短暫的。密碼子13突變的KRAS對NF1 GAP介導的水解部分敏感,而密碼子12或61突變的KRAS亞型對NF1不敏感。有趣的是,KRAS密碼子13突變常與NF1突變共突變,進一步證明了腫瘤的進化壓力。RAS突變類型之間的生化差異決定了RAS的核苷酸結合狀態不同,因此等位基因特異性抑制劑最適合靶向RAS。
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