ECSIT Is a Critical Factor for Controlling Intestinal Homeostasis and Tumorigenesis through Regulating the Translation of YAP Protein《 Advanced Science》

摘要：

肠上皮是哺乳动物中更新最快的组织，必须严格控制其再生过程，以减少功能障碍和肿瘤发生的风险。yes相关蛋白（YAP）的有序表达和激活是驱动肠道再生的关键步骤，也是肠道内稳态的关键。

然而，控制这一过程的调控机制仍然在很大程度上是未知的。

本研究发现，Toll通路中进化上保守的信号中间体（ECSIT）是一种多功能蛋白，沿着隐窝-绒毛轴富集。

肠细胞特异性消融ECSIT导致肠分化异常，伴随着依赖翻译的YAP蛋白增强，从而将肠细胞转化为早期增殖的干细胞样细胞，增强肠肿瘤发生。

ECSIT的缺失导致代谢重编程，有利于氨基酸代谢，导致编码真核起始因子4F通路的基因去甲基化，其表达增加，进一步促进YAP翻译起始，最终导致肠道稳态失衡和肿瘤发生。

ECSIT的表达与结直肠癌患者的生存率呈正相关。综上所述，这些结果表明，ECSIT在调节YAP蛋白翻译以控制肠道内稳态和肿瘤发生中发挥了重要作用。

通过RNA-seq分析比较小鼠肠道隐窝和绒毛区域的基因表达谱，发现ECSIT是一种多功能蛋白，是隐窝和绒毛中上调最多的因子。

通过构建年龄匹配的雄性Ecsitfl/fl和Ecsitfl/flvillin-CreERT2（以下简称EcsitcKO）小鼠模型及功能实验，表明肠细胞中ECSIT缺失后肠分化的失调.

对ECSIT缺乏的肠细胞的单细胞测序数据显示，干细胞/TA细胞表达高，独特的早期增殖干细胞“样”细胞类型在cKO小鼠中大量出现，有趣的是，与这些“样”细胞的干细胞/TA细胞和分泌细胞相比，YAP靶基因如Ly6a、Ccnd2、Birc5、肠细胞、Cdk4和Anxa3的表达增强，并显示出显著更高的YAP程序和恢复干细胞特征，YAP是一种被Hippo参与了肠干细胞稳态的调节，对早期肠干细胞增殖和肠上皮再生至关重要。

然而，YAP蛋白的过表达会导致组织损伤时无法重新获得肠道内稳态，从而导致癌症的发展。使用蛋白质组学、蛋白印迹法和IF法分析了YAP蛋白的水平。

在ECSIT缺陷小鼠中都显示出显著升高的YAP蛋白水平、YAP程序和恢复干细胞信号，因此，ECSIT缺陷的肠细胞表现出早期增殖的干细胞“样”细胞类型，具有独特的YAP应答基因特征和再生特征，这与YAP蛋白的上调有关，而与其编码转录本无关。

在cKO类器官中，YAP的核易位和典型的YAP靶基因的水平显著上调，为了进一步探索YAP蛋白水平升高的机制，我们深入分析了单细胞转录组数据，scRNAseq和IF数据均显示，与对照组相比，eIF4F成员，特别是eIF4A1，在cKO干细胞样细胞中显著上调，RNA免疫沉淀（RIP）分析证实了在cKO肠中，eIF4A1与5‘YapmRNA的结合显著富集。

上皮细胞中ECSIT缺失导致eIF4F水平升高，促进YAP翻译并将肠细胞转化为YA过表达干细胞样细胞的模型相一致。

我们对cKO小鼠和对照小鼠的肠上皮细胞进行LC-MS/MS的代谢组学研究，主成分分析（PCA）显示了基于小肠和结肠两组的代谢谱清晰的聚类，发现cKO肠道中丙氨酸、天冬氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢途径的代谢物显著丰富。

cKO肠的“样”细胞中谷氨酸代谢基因的表达也显著升高。高a-KG/琥珀酸比例被认为可以调节染色质修饰，包括10-11个易位（TET）依赖的DNA去甲基化，这有助于多能性相关基因的表达，以支持胚胎干细胞（ESC）的自我更新，同时抑制分化。CpG岛分析还显示eIF4A1和eIF4G2启动子区域含有丰富的CG位点，表明eIF4A1和eIF4G2的表达可能受到DNA甲基化的严格调控。

MeDIP实验证实在cKO肠道中编码eIF4A1和eIF4G2的基因的DNA甲基化水平显著降低。肠道中ECSIT的丢失导致了有利于氨基酸代谢的代谢重编程。

这导致了较高的a-KG：琥珀酸比例，诱导编码eIF4F成分的基因的DNA去甲基化，从而增加其YAP的表达和翻译，最终使肠细胞转化为早期增殖干“样”表型。

我们采用了一个诱导和条件敲除模型，允许长期探索ECSIT在肠道肿瘤发展中的作用，我们发现Apcmin/+ EcsitcKO类器官比Apcmin/+ Ecsitfl/fl类器官大得多，并表现出更高的YAP表达，YAP抑制剂和eIF4F抑制剂显著降低了大小和YAP表达Apcmin/+ EcsitcKO肿瘤类器官，说明eIF4F-YAP轴在驱动ECSIT防御导致的致瘤表型中的作用。

ECSIT的表达与相关读患者的总生存率呈正相关，YAP的表达与蛋白质水平是负相关的生存患者，和患者的预后与ECSITlow YAPhigh表达，进一步支持我们的模型，ECSIT肠道肿瘤发生的监管机构通过控制YAP的蛋白质表达。总的来说，这些数据表明ECSIT作为肠道肿瘤发生的调节因子起着关键作用。

在本研究中，我们确定了ECSIT的一个新作用：它是肠道内稳态的关键调节因子，并对肿瘤发生提供保护，这一发现扩展了我们对ECSIT的认识。在这里，我们揭示了一个肠道肿瘤发生的关键机制，该机制是由ECSIT缺失驱动的，以eif4f介导的方式提高YAP蛋白的翻译水平。

研究解决了YAP蛋白表达在肠道分化早期如何调控这一重要的科学问题，并描述了多功能蛋白ECSIT在肠道稳态中的关键生理作用。此外，本研究还提供了一个分子框架，定义了ECSIT在调节YAP蛋白翻译以控制肠道肿瘤发生中的重要性。

作者使用伯信生物明星产品MeDIP和RIP试剂盒进行了上述分子互作调控机制的研究。

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37409430/