PTENのATP結合モチーフ内の天然に発生する生殖系および腫瘍関連変異は、核P53の減少に関連するDNAの酸化的損傷をもたらします

PTEN（染色体10で削除されたホスファターゼおよびテンシンホモログ）の体細胞および生殖細胞変異は、それぞれ散発性がんとカウデン症候群患者に見られます。PTENのATP結合モチーフ内の天然に発生する癌および生殖系突然変異の最近の同定（これまでPTEN ATP結合変異と呼ばれる）は、これらの変異がPTENの細胞内局在と腫瘍抑制活性を破壊したことを明らかにしました。しかし、腫瘍形成におけるPTEN ATP結合変異の根本的なメカニズムについてはほとんど知られていない。ここでは、これらの変異がPTENの機能を定性的および定量的に損なうことを示します。一方では、PTEN ATP結合変異体はホスファターゼ活性とサイクリンD1のダウンレギュレーションの効果を失います。一方、誤局在化された変異体PTENは、核P53タンパク質レベルと転写活性が大幅に低下し、反応性酸素種の産生の強化、Cu/Znスーパーオキシドジスムターゼの誘導、およびDNA二重鎖切断（DSB）の誘導をもたらします。野生型PTENと比較すると、ATP結合変異体PTENはin vitroで半減期を減少させ、in vivoでタンパク質発現レベルを低下させました。したがって、我々のデータは、PTEN ATP結合モチーフに影響を与える生殖系または体細胞変異の患者における腫瘍形成の新しいメカニズム、すなわち、ホスファターゼ活性の喪失と核誤局在の喪失によるPTENの質的および定量的障害を明らかにし、急速なPTENタンパク質を引き起こす分解、p53を介した転写活性の抑制、酸化ストレスに対する保護の喪失、および自然DNA DSBの蓄積。

Somatic and germline mutations in PTEN (phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome 10) are found in sporadic cancers and Cowden syndrome patients, respectively. Recent identification of naturally occurring cancer and germline mutations within the ATP-binding motifs of PTEN (heretofore referred to as PTEN ATP-binding mutations) has revealed that these mutations disrupted the subcellular localization and tumor-suppressor activity of PTEN. However, very little is known about the underlying mechanisms of PTEN ATP-binding mutations in tumorigenesis. Here we show that these mutations impair PTEN's function both qualitatively and quantitatively. On the one hand, PTEN ATP-binding mutants lose their phosphatase activity and the effect of downregulation of cyclin D1. On the other, the mislocalized mutant PTEN results in a significantly decreased nuclear p53 protein level and transcriptional activity, enhanced production of reactive oxygen species, induction of Cu/Zn superoxide dismutase as well as dramatically increased DNA double-strand breaks (DSBs). When compared with wild-type PTEN, the ATP-binding mutant PTEN has reduced half-life in vitro and decreased protein expression levels in vivo. Our data, thus, reveal a novel mechanism of tumorigenesis in patients with germline or somatic mutations affecting PTEN ATP-binding motifs, i.e. qualitative and quantitative impairment of PTEN due to the loss of its phosphatase activity, and nuclear mislocalization, resulting in rapid PTEN protein degradation, suppression of p53-mediated transcriptional activity, loss of protection against oxidative stress as well as accumulation of spontaneous DNA DSBs.