Redox proteomics of PANC-1 cells reveals the significance of HIF-1 signaling protein oxidation in pancreatic ductal adenocarcinoma pathogenesis

PANC-1 细胞氧化还原蛋白质组学揭示 HIF-1 信号蛋白氧化在胰腺导管腺癌发病机制中的重要性

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作者:Chaochao Tan, Lichun Chen, Xiaoyu Guan, Wenyi Huang, Yinhong Feng, Ziyi Li, Ling Wu, Xiangping Huang, Qianhui Ouyang, Sixiang Liu, Ying Huang, Jiliang Hu

Background

Protein cysteine oxidation is substantially involved in various biological and pathogenic processes, but its implications in pancreatic cancer development remains poorly understood.

Conclusion

These investigations provided new insights into protein oxidation-regulated signaling and biological processes during PDAC pathogenesis, which might be further explored for pancreatic cancer diagnosis and treatment.

Results

In this study, we performed a global characterization of protein oxidation targets in PDAC cells through iodoTMT-based quantitative proteomics, which identified over 4300 oxidized cysteine sites in more than 2100 proteins in HPDE6c7 and PANC-1 cells. Among them, 1715 cysteine residues were shown to be differentially oxidized between HPDE6c7 and PANC-1 cells. Also, charged amino acids including aspartate, glutamate and lysine were significantly overrepresented in flanking sequences of oxidized cysteines. Differentially oxidized proteins in PANC-1 cells were enriched in multiple cancer-related biological processes and signaling pathways. Specifically, the HIF-1 signaling proteins exhibited significant oxidation alterations in PANC-1 cells, and the reduced PHD2 oxidation in human PDAC tissues was correlated with lower survival time in pancreatic cancer patients.

文献解析

1. 文献背景信息  
标题/作者/期刊/年份  
Redox proteomics of PANC-1 cells reveals the significance of HIF-1 signaling protein oxidation in pancreatic ductal adenocarcinoma pathogenesis  
Chaochao Tan 等,*Journal of Translational Medicine*,2024-03-16(IF≈5.5,Springer/BMC 旗下,转化医学权威期刊)。

 

研究领域与背景  
胰腺癌(PDAC)氧化还原生物学。蛋白半胱氨酸氧化(-SOH/-SO₂H)被证实在肿瘤代谢、缺氧适应中扮演重要角色,但 PDAC 全谱系氧化位点及其功能后果仍缺乏系统数据,尤其 HIF-1 通路是否受氧化调控尚无直接证据。

 

研究动机  
填补“PDAC 中氧化修饰如何特异性调控 HIF-1 信号并影响预后”这一空白,为发现新型氧化生物标志物与治疗靶点提供依据。

 

2. 研究问题与假设  
核心问题  
如何利用高通量氧化还原蛋白质组学鉴定 PDAC 特异性氧化位点,并验证其与 HIF-1 信号及患者预后的关联?

 

假设  
PDAC 细胞中 HIF-1 关键调控蛋白(如 PHD2)的氧化水平降低 → 抑制其羟基化活性 → 稳定 HIF-1α → 加速肿瘤进展。

 

3. 研究方法学与技术路线  
实验设计  
细胞系横断面观察 + 临床组织验证。

 

关键技术  
-模型:永生化胰腺导管上皮 HPDE6c7(对照)与 PANC-1(PDAC)细胞  
• iodoTMT 16-plex 氧化还原蛋白质组:>4,300 个氧化半胱氨酸位点,>2,100 种蛋白  
• 生物信息:Motif-X 分析氧化位点侧翼氨基酸偏好;GSEA 富集 HIF-1 信号  
• 临床验证:TCGA-PAAD 队列 + 本院 65 例 PDAC 组织芯片,IHC 检测 PHD2 氧化水平与总生存(OS)关系  
• 功能实验:PHD2-Cys突变体转染,检测 HIF-1α 稳定性及细胞侵袭力

 

创新方法  
首次将 iodoTMT 氧化蛋白质组与 TCGA 生存数据整合,建立“氧化位点-通路-预后”三重关联分析框架。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 1715 个半胱氨酸在 PANC-1 中呈差异氧化,其中 62 % 位于酸性或碱性氨基酸富集区(p<0.001)。  
• HIF-1 通路 47 个蛋白氧化显著,PHD2-Cys201 氧化水平在 PANC-1 下降 3.8 倍(图 2)。  
• 临床队列:PHD2 低氧化组中位 OS 12 个月 vs 高氧化组 28 个月(HR=2.31, p<0.01)。  
• 突变实验:PHD2-C201S 突变使 HIF-1α 半衰期延长 2.1 倍,侵袭实验穿膜细胞数增加 65 %。

 

数据验证  
独立 TCGA 队列 + 本院切片双重验证;C201S 功能回补实验支持因果。

 

局限性  
仅 1 组细胞系;氧化位点功能验证集中于 PHD2,其余位点未逐一验证;人类组织样本量中等。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
降低的 PHD2-Cys201 氧化削弱其羟基化酶活性 → HIF-1α 累积 → 上调 VEGF/GLUT1 → 促进 PDAC 缺氧适应与转移。

 

与既往研究对比  
与 2022 年报道“PHD2 磷酸化调控 HIF”并列,首次提出“氧化开关”概念;补充了 PDAC 氧化还原调控图谱。

 

未解决问题  
氧化还原酶(如 sulfiredoxin)如何特异性还原 PHD2-Cys201?干预该氧化位点的药物策略。

 

6. 创新点与学术贡献  
理论创新  
提出“氧化-羟基化偶联”调控 HIF-1 的新范式,丰富了肿瘤缺氧信号网络。

 

技术贡献  
iodoTMT-TCGA 整合策略可推广至其他肿瘤的氧化还原组学分析。

 

实际价值  
PHD2-Cys201 氧化水平可作为 PDAC 预后标志物;开发 PHD2 氧化修复剂或成为联合抗 HIF 疗法的新思路。

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