《细胞发现》:广州医科大学团队发现肺癌新靶点！

来源：奇点蛋糕2022-09-16 14:23

研究人员证实，GFAT1可以促进GFA t1-TTL 5-TAB1复合物的形成，导致tab 1的谷氨酰胺修饰，然后激活p38 MAPK。

代谢重编程是区分肿瘤细胞和正常组织细胞的重要特征。在这一过程中，显著上调的代谢酶起着关键作用[1]。此外，代谢酶还可以通过参与信号转导、蛋白质的转录后修饰等非酶依赖方式，帮助肿瘤应对生存压力。

己糖胺途径(HBP)是糖代谢的重要分支之一。作为细胞内能量传感器，它整合了葡萄糖代谢、谷氨酰胺分解、脂肪酸代谢和核苷酸代谢。在许多类型的癌症中，存在HBP增强[2-3]。

谷氨酰胺-果糖-6-磷酸酰胺转移酶1(GFAT1)是HBP途径中最重要的限速酶，在多种肿瘤细胞中表达增加，与患者预后不良有关[4-5]。研究表明，在葡萄糖缺乏的情况下，GFAT1明显上调并激活HBP通路，从而维持肿瘤细胞的存活[6-7]。然而，GFAT1是否能通过非酶依赖作用参与肿瘤细胞的生物学过程尚不清楚。

近日，广州医科大学呼吸疾病国家重点实验室、钟南山团队与上海交通大学医学院附属仁济医院蒋合作，在《细胞发现》期刊上发表了一项关于GFAT1促进营养压力下肺腺癌细胞存活机制的重要成果[8]。

研究小组证实了GFAT1对肺腺癌细胞存活的关键调节作用。还发现GFAT1的作用不依赖于其代谢调节功能，而是作为一种细胞内信号转导分子，促进TTLL5-GFAT1-TAB1复合物的形成，进而激活P38 MAPK信号通路，促进肺腺癌细胞的存活。

本研究结果证实了己糖胺途径的关键代谢酶GFAT1在营养胁迫下通过其非代谢调节功能促进细胞存活，为以GFAT1为代谢靶点治疗肺癌提供了理论依据。

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接下来，我们来看看这个研究是如何进行的。

首先，研究人员在癌症基因组图谱(TCGA)和基因型-组织表达计划(GTEx)数据库上进行基因表达谱交互分析(GEPIA)，发现GFAT1在肺腺癌中的表达显著上调。

为了探索GFAT1在肺腺癌发展中的作用，研究人员首先在肺腺癌细胞中敲除GFAT1，然后测试癌细胞在营养压力下的存活率。发现敲除GFAT1后癌细胞存活率明显下降，p38 MAPK的激活几乎被完全抑制。

然后，研究人员过表达MKK6E激活p38 MAPK，发现GFAT1的敲除效应被显著逆转。

上述结果提示GFAT1的作用可能依赖于P38 MAPK的激活。

为了探索GFAT1在营养应激下的作用是否是由于其代谢活性，研究人员补充氨基葡萄糖上调GFAT1肺腺癌细胞中的糖基化水平，发现肿瘤细胞的生长没有恢复。

然而，在GFAT1缺失的GFAT1(rGFAT1-H577A)细胞中，补充谷氨酸可以显著促进p38 MAPK的激活和肿瘤生长。

这些结果表明，GFAT1通过介导营养应激下谷氨酸的产生，在P38 MAPK的激活和肿瘤的存活中起重要作用。

大量的前期研究表明，TAB1和p38 MAPK的结合可以导致p38 MAPK的激活[9]。通过质谱和蛋白质共沉淀(IP)实验，研究人员发现GFAT1与p38 MAPK信号的关键调节蛋白TAB1结合。以下实验结果表明，p38 MAPK和JNK之间的协同作用促进了TAB1上Ser438的磷酸化。

随后，通过敲除和IP实验，研究人员证实了TAB1 S438的磷酸化是GFAT1-TAB1 TAB1相互作用的必要条件，是营养胁迫下p38 MAPK持续激活的关键。

在探索的过程中，研究人员还发现了一个有趣的现象：GFAT1-TAB1与TAB1-p38 MAPK的相互作用是相关的。这背后的原因是，研究人员发现，在营养压力下，GFAT1和TAB1的结合导致TAB1和P38的结合，然后激活p38 MAPK，维持细胞存活。

接下来，研究人员探索了GFAT1对TAB1的修饰作用。结合GFAT1介导的谷氨酸发挥的关键作用以及质谱和IP的结果，研究人员通过大量实验证实，在营养压力下，GFAT1和TTLL5的结合增加，从而TAB1上的Glu 212被谷氨酰胺修饰。这种构象变化促进了TAB1与p38 MAPK的结合，从而激活了p38 MAPK。

探讨GFA t1-TTL 15对TAB1的谷氨酰胺作用是否依赖于

GFAT1介导产生的谷氨酸，研究人员通过回补谷氨酸实验发现，谷氨酸明显地促进TAB1谷氨酸化和TAB1-p38 MAPK复合物的形成，进一步实验证实，在营养压力下，GFAT1通过产生谷氨酰胺从而促进GFAT1-TTLL5-TAB1复合物的形成，介导TAB1谷氨酸化。

我们都知道，在营养压力下，肿瘤细胞可以通过上调自噬从而维持细胞存活，而p38 MAPK的激活对于细胞自噬至关重要。

为了探究GFAT1-TAB1-p38轴是否影响了细胞自噬，研究人员检测了细胞凋亡和自噬水平，发现GFAT1酶活丢失抑制了葡萄糖缺乏导致的肿瘤细胞自噬，而这一作用可被外源性回补谷氨酸所逆转。此外，TAB1 Ser438的突变几乎完全抑制了自噬，且无法被外源性补充谷氨酸所逆转。

与此同时，在GFAT1酶活丢失及TAB1磷酸化位点的突变的细胞中，过表达MMK6E激活p38 MAPK后，可明显促进肿瘤细胞存活和自噬水平的上调。十分有趣的是，在营养压力下，TAB1 Ser438的突变可以促进细胞凋亡，这一现象也可被过表达MMK6E以激活p38 MAPK所逆转。

以上结果说明，在营养压力下，GFAT1-TTLL5-TAB1复合物介导的p38 MAPK激活，通过调控细胞凋亡及自噬影响了肺腺癌细胞的存活。

为了在体内验证GFAT1-TAB1-p38轴对肺腺癌发展的作用，研究人员向裸鼠内分别注射WT rTAB1、rTAB1-S438A（磷酸化位点突变）或rTAB1-E212A（谷氨酰胺化位点突变）的肺腺癌细胞，对肿瘤生长及p38的激活进行评估。

结果他们发现，TAB1的磷酸化和谷氨酸化对于p38激活和肿瘤生长所必须的。这提示GFAT1-TAB1-p38轴的激活促进了肺腺癌肿瘤的形成。

除此之外，研究人员还在肺癌患者术后标本中观察到了p38激活和TAB1 S438磷酸化水平之间存在正相关。对患者生存期进行评估发现，GFAT1表达升高及TAB1 S438磷酸化水平升高，提示肺癌患者较差的预后。

总的来说，研究人员证实了GFAT1通过促进GFAT1-TTLL5-TAB1复合物的形成，产生对TAB1的谷氨酰胺化修饰，进而激活p38 MAPK。

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