理化學研究所于2月7日宣布，它利用醫學大數據和計算機科學確定了LKB1-MARK3途徑作為卵巢癌的新治療目標。 這項研究由Hidenori Machino博士、Ryuji Hamamoto博士、Masaaki Komatsu博士、Ken Asada博士、國立癌癥中心研究所單位負責人Shuzo Kaneko博士、中央醫院婦科腫瘤科負責人Tomoyasu Kato博士和國立癌癥中心研究所病理和診斷科負責人Hiroshi Yoshida博士進行。 這項研究是由一個國際研究小組進行的，包括東京大學醫院的Kenbun Sone博士、Katsutoshi Oda博士和Jo Osuga博士。 該研究結果已在線發表在《通信生物學》上。

高度非典型漿液性卵巢癌是最常見的婦科惡性腫瘤，預后最差，占所有卵巢癌死亡人數的70-80%。 最近的基因組分析表明，幾乎所有高度異質性的漿液性卵巢癌病例都有腫瘤抑制基因TP53的失活突變，導致染色體不穩定造成的基因組結構廣泛異常。 這些患者中約有一半人的同源重組修復途徑中的分子表達改變或功能異常，而PARP抑制劑已被證明是一種有效的治療方法，但其余一半患者的治療目標尚未完全確定。

此外，已發現高度非典型漿液性卵巢癌的基因組點突變頻率很低，但由于染色體不穩定而頻繁發生拷貝數改變。 這意味著專注于單個基因突變的傳統方法可能不會再發現任何新的治療目標。 因此，該國際研究小組決定，有必要根據 "大數據分析 "對基因表達的變化進行定量評估，這是一種使用各種算法的計算機分析。

發現MARK3基因表達的減少與臨床預后的惡化有關

該國際研究小組對包含大規模微陣列數據、RNA-seq數據和臨床信息的多個數據庫進行了綜合分析，以比較高度非典型漿液性卵巢癌的癌變和正常卵巢組織的基因表達水平。 構建了一個新的分析平臺，提取其基因表達變化影響臨床預后的基因。 結果顯示，LKB1-MARK3通路的MARK3基因在高度不典型的漿液性卵巢癌中被抑制，基因表達的降低與臨床預后的惡化有關。

蛋白質MARK3是一種絲氨酸蘇氨酸激酶，被歸類為AMPK相關激酶(磷酸轉移酶)，已知可通過蛋白質LKB1的直接磷酸化修飾而被激活，但卵巢癌中LKB1-MARK3途徑的異常尚未有報道。

為了在臨床上驗證大數據分析的結果，我們評估了LKB1和MARK3在正常組織(輸卵管上皮細胞)、癌前病變(上皮內癌)和高度不典型漿液性卵巢癌的患者來源樣本中的蛋白表達水平。 結果顯示，LKB1和MARK3在正常組織中都有表達，而LKB1在癌前病變(上皮內癌)中表達減少，MARK3在浸潤性癌中表達減少。

MARK3 < 磷酸化CDC25B的323Ser < 抑制核轉位 < 誘導G2/M期停滯

接下來，為了分析MARK3的功能，我們使用RNA-seq評估了MARK3在卵巢癌細胞系(OVCAR3)中強制表達的影響。KEGG途徑分析顯示，MARK3的強制表達減少了一組涉及細胞周期途徑的基因的表達。 .

為了闡明MARK3影響細胞周期的機制，我們利用磷酸化圖案分析來尋找MARK3可以磷酸化并作為激酶修改的新底物。 有趣的是，我們發現MARK3可以磷酸化和修飾CDC25B，而CDC25B調節細胞周期的G2/M期轉換，并通過激酶實驗驗證了這一點。 結果顯示，MARK3確實直接磷酸化了CDC25B的絲氨酸323。 在功能上，MARK3通過磷酸化CDC25B的絲氨酸323來抑制CDC25B的核轉位，這可能在誘導細胞周期的G2/M期停止中發揮作用。

LKB1-MARK3途徑是一個參與蛋白質合成途徑的代謝應激反應性細胞周期檢查點

MARK3磷酸化CDC25家族成員的功能與DNA損傷反應性細胞周期檢查點激酶(如CHEK1)相似，后者在細胞遭受DNA損傷時通過磷酸化CDC25家族成員誘導細胞周期停滯。

我們假設MARK3也是一個細胞周期檢查點激酶，在應對某些細胞壓力時調節細胞周期，并評估了MARK3是否在應對各種壓力誘導劑時被激活。 他們發現，MARK3在對蛋白質合成抑制劑安賽蜜和模仿缺陷蛋白質積累的內質網壓力誘導劑Thapsigargin的作用下被激活。 有趣的是，當與激活DNA損傷反應性檢查點激酶(如CHEK1)的DNA損傷誘導劑反應時，MARK3沒有被激活。

當MARK3基因上游的LKB1基因被敲除時，沒有發生安賽蜜因對MARK3的激活。 此外，在MARK3基因被敲除的細胞系中，安賽蜜和硫糖鋁的抗腫瘤作用被證明得到了加強。 總之，LKB1-MARK3途徑被認為是一個 "細胞周期檢查點"，對與蛋白質合成途徑有關的代謝壓力作出反應。

強制表達MARK3在卵巢癌細胞和小鼠中的抗腫瘤作用得到證實

為了進一步闡明MARK3對細胞的影響，研究人員使用ATAC-seq，一種全面的染色質結構分析方法，從強行表達MARK3的卵巢癌細胞系(OVCAR3)中獲取染色質結構信息，并進行轉錄因子圖案分析。 結果表明，強制表達MARK3降低了由JUN和FOS組成的AP-1復合物的DNA結合活性，Western blotting顯示JUN的磷酸化修飾被削弱。

此外，據報道，AP-1復合物與Hippo信號中的轉錄因子相互作用，本研究獲得的RNA-seq數據也顯示，MARK3的強制表達降低了Hippo信號中目標基因的表達。 這些結果表明，MARK3通過抑制卵巢癌細胞系中AP-1復合物和Hippo信號靶基因的表達而發揮其抗腫瘤作用。

最后，將強制表達MARK3的卵巢癌細胞系(OVCAR3)移植到小鼠的皮下組織中，與對照組相比，顯著抑制了腫瘤的形成和血管生成，表明MARK3在體內具有強大的抗腫瘤作用。

LKB1-MARK3通路是一個有希望的癌癥新治療目標

該研究利用理化所創新智能綜合研究中心的領先信息科學技術，對醫療大數據進行分析，并利用傳統的醫學研究方法對結果進行驗證。 這些結果表明，在癌癥研究中結合信息科學和醫學的跨學科研究方法的重要性。

卵巢癌是最常見的婦科惡性腫瘤之一，因此非常需要開發有效的治療方法。 在這項研究中，我們通過引入關注正常和癌變組織中基因表達信息的大數據分析方法，成功地發現了卵巢癌中LKB1-MARK3通路的一種先前未知的功能異常。 這種大數據分析方法可以應用于尋找不同癌癥類型和疾病的原因。

此外，這項研究首次報告了LKB1-MARK3途徑是一個細胞周期檢查點，對蛋白質合成途徑的代謝壓力作出反應。 研究人員認為："應激反應檢查點功能失調的癌癥往往更容易受到細胞壓力的影響，預后更差，因此LKB1-MARK3途徑作為癌癥的新治療目標可能變得越來越重要。