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吕志民教授团队在肿瘤细胞能量代谢领域成果丰硕

吕志民教授团队主要从事肿瘤代谢、信号转导以及基因表达调控等领域的研究,在肿瘤细胞能量代谢领域取得了开创性、系统性的成果,如阐明生长因子受体促进肿瘤细胞有氧糖酵解的机制,发现代谢酶通过调控基因表达促进有氧糖酵解和肿瘤细胞生长,率先从表观遗传调控角度揭示代谢酶的功能;发现代谢酶兼具蛋白激酶活性并发挥重要的促癌作用,拓宽了人们对代谢酶传统功能的认知;证实代谢酶的非代谢功能及其在肿瘤进展中的关键作用,发现了多个基于肿瘤特异代谢机制的生物标志物和潜在治疗靶点。这些研究成果丰富了业界对肿瘤代谢的认知,可为肿瘤的个体化治疗提供新的代谢标记物和分子靶点,对靶向肿瘤代谢的药物研发具有重要指导意义。基于以上研究成果,团队先后在《细胞》(Cell)、《自然》(Nature)、《科学》(Science)等系列杂志发表文章40 多篇。

吕志民教授团队成果主要有如下三方面:

阐明生长因子受体促进有氧糖酵解瓦博格效应的分子机制

瓦博格效应是近百年前由德国诺贝尔奖获得者Warburg 发现的肿瘤代谢特征,即肿瘤细胞即使在有氧条件下依然依赖糖酵解供给能量而抑制线粒体能量代谢的现象。瓦博格效应是临床广泛使用的PET 检查的理论基础,但其调控机制一直不明确。研究人员发现,表皮生长因子受体、成纤维细胞生长因子受体、血小板衍生生长因子受体等的激活可以诱导糖酵解途径中发挥重要作用的丙酮酸激酶M2(PKM2)进入细胞核内,结合并激活β 联蛋白、磷酸化组蛋白H3,从而促进糖酵解相关基因的表达并增强葡萄糖摄取和乳酸产生。此外,表皮生长因子受体的激活、低氧,或K-RASG12V 和B-Raf V600E 的表达可以诱导糖酵解途径中的磷酸甘油酸激酶(PGK)1 转入线粒体,PGK1 通过磷酸化并激活丙酮酸脱氢酶激酶1 来抑制线粒体丙酮酸代谢,从而促进瓦博格效应。研究人员还发现10 号染色体缺失磷酸酶及张力蛋白同源物(PTEN)可以通过去磷酸化和抑制自我磷酸化的PGK1 来抑制有氧糖酵解,而肿瘤细胞中的PTEN 缺失可以诱发瓦博格效应。研究人员由此揭示了肿瘤细胞中核转位的PKM2、线粒体转位的PGK1及PTEN缺失引起的PGK1激活调控瓦博格效应机制。

发现并阐明多种重要的代谢酶同时具有蛋白激酶活性

研究人员发现,发挥蛋白激酶活性的PKM2 除了可以磷酸化组蛋白外,还可以通过磷酸化纺锤体组装蛋白Bub3以调节细胞分裂中期的染色体分离,通过磷酸化肌球蛋白轻链2 以促进细胞质分裂。肝细胞肝癌会发生果糖激酶(KHK)基因前体mRNA 的可变剪接,将KHK 的基因类型从与果糖高亲和力结合的KHK-C 转换为低亲和力的KHK-A。而KHK-A 在肝细胞肝癌中可以发挥蛋白激酶活性,一方面通过磷酸化并激活磷酸核糖焦磷酸合成酶(PRPS)1 以促进核酸的从头合成和肝癌的形成,另一方面通过磷酸化 p62 来激活核因子E2 相关因子2 依赖的抗氧化反应。PGK1 也可以发挥蛋白激酶活性,线粒体内的PGK1 可以通过磷酸化并激活丙酮酸脱氢酶激酶1 调控线粒体功能;而在能量缺乏的条件下,PGK1 可以通过磷酸化 Beclin1 调节自噬。研究首次发现磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶(PCK)1可以通过磷酸化INSIG 来激活固醇调节元件结合蛋白和肿瘤细胞中的脂肪生成。这些关于代谢酶具有蛋白激酶功能的发现为肿瘤治疗提供了重要靶点。

证实多种重要的代谢酶和代谢产物在肿瘤细胞活动调控中具有非代谢功能,并发现了多个基于肿瘤特异性能量代谢机制的生物靶点

研究人员发现代谢酶PKM2、PGK1、KHK-A 和PCK1 可以调控基因表达、有丝分裂、胞质分裂、核酸的从头合成、自噬和脂肪生成。此外还发现延胡索酸酶可以调节DNA 修;细胞核内的乙酰辅酶A 合成酶2 在启动子区域产生乙酰辅酶A,并诱导溶酶体合成基因和自噬基因的表达; 酮戊二酸脱氢酶关联的KAT2A 作为组蛋白H3 琥珀酰转移酶可以调节基因表达;细胞核内的PGK1 通过减轻腺苷二磷酸对细胞周期蛋白7 的抑制来促进DNA 的复制;表皮生长因子受体磷酸化后的血小板型的磷酸果糖激酶可以激活肿瘤细胞中的磷脂酰肌醇3 激酶通路;首次利用CRISPR基因编辑技术纠正肿瘤细胞变异的端粒酶逆转录酶基因,调控肿瘤细胞代谢和促进肿瘤细胞分化从而治疗肿瘤;线粒体琥珀酸辅酶A连接酶腺苷二磷酸形成β亚基通过调控谷氨酰胺酶的琥珀酰化修饰应对肿瘤细胞氧化应激并促进肿瘤的发展。

发布日期:2021-02-25 浏览: 245