發(fā)布時間：2020-09-24 04:49

　　 腫瘤細胞即使在氧氣充足的條件下,也要消耗大量的葡萄糖進行糖酵解代謝,并產(chǎn)生大量的乳酸,為其快速增殖提供能量和物質(zhì)保證,這種代謝重編程的表型被稱為有氧糖酵解或Warburg效應(yīng)。已知多種代謝酶參與調(diào)節(jié)有氧糖酵解的發(fā)生,其中,M2型丙酮酸激酶(Pyruvate kinase M2,PKM2)是公認的關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶。PKM2催化糖酵解途徑中的最后一步限速反應(yīng),其活性和功能受到多種共價修飾的調(diào)控,如磷酸化、乙酰化等。最新的研究發(fā)現(xiàn),PKM2還可以發(fā)生O-GlcNAc修飾,這是一種能夠靈敏感受細胞微環(huán)境中營養(yǎng)波動的蛋白質(zhì)翻譯后修飾,但其功能及作用機制并不清楚。在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)PKM2的O-GlcNAc修飾在多種人乳腺癌細胞系和腫瘤組織中均有顯著升高;隨后,鑒定了Thr405和Ser406為PKM2的主要OGlcNAc修飾位點,且該位點修飾受微環(huán)境中的葡萄糖及谷氨酰胺濃度的靈敏調(diào)節(jié)。晶體結(jié)構(gòu)分析表明,Thr405和Ser406位于PKM2的α螺旋Loop區(qū),并很可能直接調(diào)控PKM2活性四聚體亞基間的相互作用。進一步的實驗證明,這兩個位點的O-GlcNAc修飾干擾了穩(wěn)定PKM2四聚體的關(guān)鍵作用力,致使PKM2的四聚體-二聚體-單體的動態(tài)平衡向二聚體及單體方向移動。PKM2四聚體的減少,一方面降低了其代謝酶活性,使糖酵解的上游中間產(chǎn)物積累,并流入代謝支路,促進了脂類和核酸的生物合成,以滿足腫瘤細胞快速增殖對生物大分子合成的需要;另一方面,PKM2四聚體的解聚導致核定位序列的暴露,在Importinα5的協(xié)助下向細胞核易位,并結(jié)合于c-Myc基因的啟動子區(qū),提高了c-Myc依賴的Glut1和LDHA基因表達,促進了腫瘤細胞對葡萄糖的攝取及乳酸的生成,進一步提高了腫瘤細胞的合成代謝。此外,小鼠的荷瘤實驗證明,去除PKM2 Thr405和Ser406的O-GlcNAc修飾可以顯著抑制腫瘤生長。至此,我們提出了一個新的調(diào)控PKM2功能以促進腫瘤細胞快速增殖的分子機制,即作為感受微環(huán)境營養(yǎng)狀態(tài)的O-GlcNAc修飾,通過影響PKM2的寡聚狀態(tài),同時改變其代謝酶和非代謝酶功能,賦予腫瘤細胞快速增殖優(yōu)勢。更重要的是,特異性表達于快速增殖細胞中的PKM2是由PKM基因經(jīng)可變剪切而來,而發(fā)生O-GlcNAc修飾的Thr405和Ser406兩個氨基酸殘基正是由PKM2獨有的外顯子10所編碼,因此,本研究也深化了對基因可變剪切、蛋白質(zhì)翻譯后修飾和代謝重編程之間關(guān)系的理解。
【學位單位】：東北師范大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：R730.2
【部分圖文】：

(一) 腫瘤細胞代謝重編程截止到 2014 年，全球的癌癥患者高達近 4000 萬例，平均五年致死率接近30%，尋找腫瘤的共性作為治療靶點是歷代科研工作者們孜孜以求的目標。最初腫瘤的靶向療法主要集中在特異性地阻斷對腫瘤的形成和發(fā)展起重要作用的致癌基因及相關(guān)分子信號通路[1]，從而抑制腫瘤的增殖、促進腫瘤的凋亡及分化、抗腫瘤新血管生成等。然而長期抑制致癌基因會導致多種代償機制的出現(xiàn)從而大幅度削弱治療效果。2011 年，Weinberg 實驗室提出腫瘤細胞具有十大共有特性，其中包括能量代謝的異常（圖 1.1）[2]。能量代謝是細胞最基本的特性，為細胞一切生命活動提供能量和物質(zhì)。針對腫瘤細胞能量代謝的異常，尋找相應(yīng)的藥物靶點，將為腫瘤靶向藥物的開發(fā)提供一個新的方向。腫瘤細胞可在多種分子機制的共同作用下，對糖、蛋白質(zhì)、脂類和核酸等代謝進行重編程[3]，以滿足腫瘤細胞快速分裂過程中對能量、物質(zhì)及還原力的需求[4]。

. Warburg 效應(yīng)糖代謝的異常是發(fā)現(xiàn)最早也是存在最普遍的代謝重編程現(xiàn)象。正常細胞受到生長信號刺激時才會大量攝取葡萄糖并進入快速分裂狀態(tài)，隨后進行分。已分化的細胞在 O2充足時其攝取的葡萄糖最終進入線粒體，經(jīng)氧化磷酸成 CO2、H2O 及大量 ATP；在 O2缺乏時，葡萄糖在細胞質(zhì)內(nèi)經(jīng)糖酵解生成及少量 ATP（圖 1.2）。這種均衡的葡萄糖代謝可精密地調(diào)節(jié)營養(yǎng)攝取，避免不受控地增殖，保證細胞正常的生長與分化[4, 5]。然而腫瘤細胞在發(fā)生發(fā)展程中可擺脫對生長因子的依賴，可大量攝取葡萄糖從而導致細胞不受控地增是人們對腫瘤代謝改變的最初認知。1924 年，德國科學家 Warburg 發(fā)現(xiàn)，與化的細胞相比，快速增殖的腫瘤細胞即使在氧氣充足的條件下，也要消耗大葡萄糖進行糖酵解代謝，并產(chǎn)生大量的乳酸（圖 1.2）。他將這種現(xiàn)象稱為糖酵解”，后人也將其稱為“Warburg 效應(yīng)”[4, 6, 7]。

3圖 1.3 有氧糖酵解代謝中間產(chǎn)物可用于合成代謝糖酵解代謝主要的分支途經(jīng)如圖 1.3 所示：（1）糖酵解啟動后，6-磷酸-葡萄糖進入第一個支路磷酸戊糖途徑（PPP），并生成 5-磷酸-核糖和 NADPH，5-磷酸-核糖可參與核酸合成[11]；（2）糖酵解中首次從 6 碳裂解成的 3 碳代謝中間產(chǎn)物二羥丙酮磷酸可轉(zhuǎn)化生成 3-磷酸-甘油，作為磷脂的合成前體，可用于細胞快速分裂時細胞膜的合成[9]；（3）3-磷酸-甘油酸可進入絲氨酸合成途徑（SSP），這是目前被研究得最深入、和腫瘤生長關(guān)系最密切的糖酵解支路[12]。SSP 途徑中可產(chǎn)生絲氨酸和甘氨酸兩種非必須氨基酸用于蛋白質(zhì)合成，而絲氨酸向甘氨酸轉(zhuǎn)化過

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1 孫冊;;Asn-連接的寡糖與腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移的相關(guān)性[J];生命的化學(中國生物化學會通訊);1989年05期

2 Mitsutaka Ogawa;Koichi Furukawa;Tetsuya Okajima;;Extracellular O-linked β-N-acetylglucosamine: Its biology and relationship to human disease[J];World Journal of Biological Chemistry;2014年02期

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4 于田;金東日;;新型N-糖鏈受體氘代MPDPZ-Boc-Asn-GlcNAc的合成及其受體性能[J];延邊大學學報(自然科學版);2015年01期

5 汪素芳;韓榮弼;金東日;;新型N-連接糖鏈分析用試劑MMDPZ-Boc-Asn-GlcNAc的合成[J];化學試劑;2012年03期

6 李娟;王鳳山;;O位N-乙酰葡糖胺修飾異常與胰島素抵抗[J];生命的化學;2009年03期

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8 Takeshi Sugai;New,Unexpected Pyranose-Furanose Rearrangement Towards the Synthetic Studies on Rare Sugars and Nucleosides[J];復旦學報(自然科學版);2005年05期

9 于春慧;張曉梅;李紅麗;;O-GlcNAc化多肽的合成[J];北華大學學報(自然科學版);2008年04期

10 張旭,蔡良婉;新型O-連接糖基化——O-GlcNAc[J];國外醫(yī)學(分子生物學分冊);1994年05期

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2 劉華東;李艷梅;;UDP-GIcNAc轉(zhuǎn)移酶(OGT)的結(jié)構(gòu)及作用機理[A];第七屆全國酶學學術(shù)討論會論文摘要集[C];2004年

3 王s

本文編號：2825326