【7.7.1】Trop2

Trop2(human trophoblast cell surfaceantigen 2)又被称为肿瘤相关钙信号转导因子2(tumor associated calciumsignal transducer 2, TACSTD2)或胃肠肿瘤相关抗原(gastrointestinaltumorassociated antigen, GA733-1)。

作为膜表面的糖蛋白,Trop2在正常组织中不表达或低表达, 但在多种恶性肿瘤如胃癌、胰腺癌、卵巢癌、结肠癌、前列腺癌等中高表达。研究发现, 其在调节肿瘤细胞自我更新、增殖和转化中扮演重要角色,并且与多种肿瘤的发展及恶性程度有关, 可作为临床检测肿瘤恶性程度的标记及肿瘤治疗的靶点。2019年,靶向Trop2的首个ADC药物sacituzumab govitecan被FDA批准治疗三阴乳腺癌(TNBC),该药物由靶向Trop2的单克隆抗体sacituzumab (hRS7)和拓扑异构酶抑制剂SN-38组成。

Trop2是一个由323个氨基酸组成的经N-端糖基化翻译后修饰形成的单次跨膜表面糖蛋白,由疏水性前导肽、细胞外结构域、跨膜结构域和胞质尾部组成, Trop2 EC包含1个独特的富含二硫键的结构域(CRD)、1个酪球蛋白I型结构域(TY)和1个半胱氨酸缺乏结构域(CPD), 使Trop2 EC能够形成一种稳定的二聚体。

EpCAM(GA733-2)同样为GA733家族的一员,而且是目前为止唯一和Trop2同族的分子。EpCAM 的结构已于2014年被解析,研究表明其可以自组装为顺式二聚体。Trop在氨基酸序列和EpCAM有约50%的相似性,而且本次解析的Trop2结构表明,两者在结构上分成相似(下图)

结构表明,Trop2的CRD结构域主要是通过Cys34-Cys53, Cys36-Cys66, Cys44-Cys55三个二硫键稳定;TY结构域同样有富含半胱氨酸的区域,并且该区域在进化上和EpCAM类似,并且主要是通过Cys73-Cys108,Cys119-Cys125, and Cys127-Cys145二硫键稳定其结构;CPD结构域有两个α螺旋(α2和α3)和四个β折叠片(βC1-βC4)组成,其通过分之间的相互作用力稳定其结构。

Trop2的结构域和结构(右下角为Trop2和EpCAM叠加,灰色为EpCAM)

二、Trop2结构

2.1 Trop2顺式和反式二聚体

Trop2二聚体在不同宿主表达的细胞中有不同的结构,这主要与宿主细胞的糖型相关。在293T表达的Trop2中,Trop2主要以反式二聚体形式存在,其以βC折叠片为对称轴,形成反向对称结构(下图A)。两个单体的交界面为914A°2并且通过βC折叠片间的氢键稳定反式二聚体(R206-H152,,D157-Y259,,D101 - E197,)

在昆虫细胞表达的Trop中,二聚体主要是通过和EpCAM类似的形式存在——顺式二聚体(下图B)。顺式二聚体的形成主要是通过TY和CPD区域的相互作用,即第一个Trop2的TY loop区与第二个Trop2的βC折叠片形成相互作用,两者相互作用的交界面的面积为2,397.9 A°2,大约是反式二聚体相互作用面的二倍。

2.2 Trop2的交联结构(四聚体)

以往的研究表明,Trop2在细胞表面存在交联的情况,研究发现,两个顺式二聚体可以通过

CRD的N端结构域形成四聚体(下图A),该相互作用结构域远离顺式二聚体和反式二聚体的相互作用的区域,并且形成850埃的相互作用交界面。形成该四聚体的Trop2单体的N端都远离细胞膜,因此也暗示该类型的四聚体主要是在同一个细胞上形成。

同样,两个反式二聚体也可以形成四聚体的结构(下图B),其形成四聚体的方式和顺式二聚体形成四聚体的反式相同,都是通过CRD的N端结构域的相互作用 (T35,, D47,, R52,, Q54, , A63,, S67,, D65,,C66,和R52, S67, T35, G61, D65,D47, Q54之间形成氢键)。

对顺式二聚体和反式二聚体以及四聚体形成的交界面分析发现,顺式二聚体和反式二聚体在形成上有部分冲突的区域(下图A和B),这些区域主要是βC折叠片的区域(P266, P265, D262, L261, Y260,L155, E204, H195, Q202, Y259)和TY loop的部分区域(V98, D99, N100)。而四聚体形成的作用区主要在CRD的N端,并且与顺式二聚体和反式二聚体没有冲突(下图C)。

2.3 Sacituzumab在Trop2上的结合域

sacituzumab govitecan(戈沙妥组单抗)是目前唯一一个上市靶向Trop的ADC药物,通过位点突变和替换,发现其在Trop2上的结合位点主要是CPD的结构域,并且主要是Q237-Q252 区域的线性表位,该表位的结合可能不会阻碍顺式或者反式二聚体的形成,因此其对肿瘤的抑制可能主要是通过拓扑异构酶抑制剂SN38发挥作用。

3.5 总结

Trop2在细胞表面可以以顺式二聚体或者反式二聚体是形式存在,两者的形成存在一定的竞争,这主要是因为部分参与区域的竞争,除了可以形成二聚体外,顺式二聚体或者反式二聚体还可以通过CRD的N端结构域形成四聚体,从而进一步加强Trop2的交联。Trop2的这些形式可能对于细胞的相互作用,信号的传导起重要作用;另外通过表位替换等技术,研究者也定位Sacituzumab抗体结合Trop2的位点为CPD结构域Q237-Q252的线性表位,该表位不参与顺式或者反式二聚体的形成,因此该抗体发挥对肿瘤细胞的杀伤作用很可能主要是通过SN38,但是聚体机制需要进一步研究。

Trop2的结构的解析为以后药物的开发提供了一定的指导,但是目前还有很多问题需要进一步研究,如影响顺式或者反式二聚体在细胞表面形成因素主要是什么,这些二聚体或者四聚体的形成对细胞的功能的影响等。

在国内,Trop2 ADC 药物已经有多款处于临床中,其中云顶新耀引进的sacituzumabgovitecan已于今年5月14日提交上市申请,科伦博泰和多禧生物的Trop2 ADC药物正在临床实验中,其中科伦博泰SKB-264已经位于Ⅱ期临床,上海诗健生物科技的已经提交临床实验申请。

参考资料

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