癌细胞为啥“老不死”?科学家发现一种关键酶,有望开辟抗癌新疗法

作者: 库珀

来源: 学术头条

发布日期: 2021-09-17

蒙特利尔大学和麦吉尔大学的研究人员在《分子细胞》期刊上发表论文,证明一种叫做HTC的酶复合物可以抑制细胞衰老,这可能为癌症新疗法开辟新道路。研究发现,HTC在前列腺癌中的抑制作用显著,可能是开发多种癌症新疗法的关键靶点。通过深入了解细胞衰老与肿瘤的关系,利用细胞衰老机制对肿瘤的抑制作用,可以为肿瘤的治疗提供新途径。

细胞衰老是指一种稳定的细胞生长阻滞状态,并伴有形态、生化及表观遗传的改变,肿瘤组织恶变前常可检测到衰老细胞的存在。长期以来,许多科学家认为细胞衰老对抑制潜在癌细胞增殖具有重要作用,但目前也有研究认为,除了抑制肿瘤发生,细胞衰老也可能会促进肿瘤的演进,细胞衰老其实发挥了双刃剑作用。因此,深入了解衰老与肿瘤的关系,利用细胞衰老机制对肿瘤的抑制作用,可为肿瘤的治疗提供新途径。

9月17日,在一篇发表在《分子细胞》(Molecular Cell)期刊上的论文中,蒙特利尔大学和麦吉尔大学的研究人员证明一种叫做HTC(氢化物转移复合物)的酶复合物可以抑制细胞衰老,这项研究或为癌症新疗法开辟一条新道路。最有趣的是,这些酶的抑制阻止了前列腺癌细胞的生长,这表明HTC可能是开发包括前列腺癌在内的多种癌症新疗法的关键靶点。HTC可以被某些癌细胞劫持,以改善其代谢,抵抗缺氧环境并增殖。

蒙特利尔大学生物化学教授、蒙特利尔大学医院研究中心(CRCHUM)首席科学家、论文通讯作者之一Gerardo Ferbeyre说道。

细胞衰老是一种广泛作用的肿瘤抑制机制,其中携带致癌突变的细胞由于线粒体功能障碍、氧化应激、DNA损伤和肿瘤抑制因子激活的慢性状态而不能扩展。线粒体功能失调是新生细胞对短端粒或癌基因反应的一个标志。线粒体功能障碍相关衰老的特征是NAD+/NADH减少,活性氧(ROS)增加。因此,了解癌细胞如何克服衰老特征的细胞增殖障碍(包括线粒体功能障碍)很重要。

为了发现弥补线粒体功能障碍的细胞途径并使肿瘤细胞避免衰老,研究人员使用了几种细胞衰老模型。研究结果发现,STAT3缺失诱导的衰老需要NAD+/NADH比率降低,这是由p53和视网膜母细胞瘤蛋白(RB)肿瘤抑制剂的作用维持的。

p53和RB抑制一种酶复合物,该酶复合物催化代谢循环,将氢化物阴离子从NADH转移到NADP+,从而再生NAD+并供应NADPH,经分析,这种氢化物转移复合物(HTC)由苹果酸酶1(ME1)、苹果酸脱氢酶1(MDH1)和丙酮酸羧化酶(PC)组成,可在体外与纯蛋白质组装。

研究人员还发现,p53-RB抑癌基因控制着NAD+再生代谢周期。

STAT3的缺失导致p53和RB肿瘤抑制通路的激活,这两种通路都是衰老的介质。p53或p21的失活阻止了STAT3缺失引起的生长停滞和衰老,有趣的是,p53失活也恢复了STAT3缺失细胞的NAD+/NADH比率。总的来说,结果表明STAT3缺失细胞中的p53或p21/RB途径失活增加了NAD+/NADH比率,以维持绕过衰老的细胞的氧化代谢。

整体而言,研究人员证明了继发于线粒体功能障碍的NAD代谢改变可以通过先前未被识别的代谢循环来补偿,复合物中每种酶的活性中心的接近可能通过每种底物的扩散或通道化加速代谢通量。各项研究数据表明,HTC通过绕过或促进逃避细胞衰老而在肿瘤形成中发挥作用。

HTC酶的表达足以使原代小鼠成纤维细胞与致癌RAS协同转化,因此在功能上相当于p53的缺失,由于HTC酶被p53抑制,研究进一步证明,控制代谢是p53的主要肿瘤抑制功能。HTC提供两种转化功能:依赖NAD+再生的永生化和依赖NADPH生成的抗氧化活性。这些功能对于缺氧条件下的细胞存活或在乳酸中生长的不能利用LDH(乳酸脱氢酶)反应再生NAD+的细胞也很重要。

HTC酶在包括小鳞状肺癌和前列腺癌在内的几种癌症中的表达呈正相关,因此,靶向HTC可用于开发新型的抗癌治疗方案。

这项研究也有一些局限性,研究人员表示,p53失活后PC重新定位到胞浆的机制仍然未知。尽管研究人员能够在体外显示HTC形成的证据,但复杂的组装效率相对较低,这表明重组蛋白可能缺乏有助于稳定HTC复合物的翻译后修饰。

研究人员提供的证据表明PC、MDH1和ME1是HTC复合物的核心,但却无法估计它们的精确化学计量比。重要的是,至少有一些HTC包含在大于1 MDa的复合物中,这表明可能还存在其他成分。虽然回答上述问题需要进一步探究,但现有发现丰富了肿瘤细胞劫持特定代谢途径的概念,这些代谢途径支持增殖和合成代谢反应,同时保护氧化应激。

相关研究工作的下一步将是生成酶复合物的详细高分辨率结构,以便设计能够调节其功能的药物。

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