蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)解析腎透明細(xì)胞癌發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制
腎透明細(xì)胞癌（Clear cell renal cell carcinoma, ccRCC）是腎癌中最主要的一種亞型，具有典型的Warburg表型。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鄧海騰課題組的早期工作發(fā)現(xiàn)線粒體的損傷促進(jìn)ccRCC細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，但是線粒體在ccRCC的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮什么樣的功能一直是一個(gè)沒有解決的問題。2019年5月13日，該課題組與國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（北京）設(shè)施清華基地蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)平臺(tái)合作在《氧化還原生物學(xué)》（Redox Biology）雜志在線發(fā)表題目為“HSP60敲低促進(jìn)ccRCC細(xì)胞瓦博格效應(yīng)并將線粒體功能從ATP生成轉(zhuǎn)變?yōu)榈纳锖铣?rdquo;（HSP60 Silencing Promotes Warburg-like Phenotypes and Switches the Mitochondrial Function from ATP Production to Biosynthesis in ccRCC Cells）的研究論文。該研究利用穩(wěn)重同位素示蹤技術(shù)結(jié)合代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等方法揭示了HSP60敲低通過促進(jìn)腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞線粒體的谷氨酰胺代謝來促進(jìn)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，提示抑制谷氨酰胺代謝是腎透明細(xì)胞癌的一個(gè)治療靶標(biāo)。
HSP60是維持線粒體穩(wěn)態(tài)的重要分子。該課題組的前期工作發(fā)現(xiàn)HSP60在腎透明細(xì)胞癌中低表達(dá)，并且敲低HSP60能夠促進(jìn)腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。利用穩(wěn)重同位素13C標(biāo)記的谷氨酰胺或葡萄糖追蹤HSP60敲低后腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞的代謝物變化，他們發(fā)現(xiàn)HSP60敲低加強(qiáng)了ccRCC細(xì)胞的Warburg效應(yīng)，糖酵解過程增強(qiáng)而線粒體氧化磷酸化提供的ATP減少；同時(shí)13C5-谷氨酰胺示蹤結(jié)果顯示HSP60敲低加強(qiáng)了線粒體利用谷氨酰胺進(jìn)行核糖核酸、脂質(zhì)、谷胱甘肽的合成能力，而谷胱甘肽的增加通過降低細(xì)胞的活性氧分子水平加快細(xì)胞的生長(zhǎng)。 進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，MEK/ERK/c-MYC信號(hào)通路的激活上調(diào)谷氨酰胺酶的表達(dá)，而抑制谷氨酰胺酶或降低谷氨酰胺水平都明顯抑制ccRCC細(xì)胞的增殖。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院CLS項(xiàng)目博士生滕瑞芳為本文的第一作者，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鄧海騰為本文通訊作者，國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（北京）設(shè)施清華基地蛋白質(zhì)組學(xué)與代謝組學(xué)平臺(tái)主管劉曉蕙，阜外醫(yī)院國(guó)家心血管疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋江平為共同通訊作者。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部973項(xiàng)目的資助。
在另一項(xiàng)研究中，鄧海騰課題組和蛋白質(zhì)組學(xué)平臺(tái)合作對(duì)BAP1基因在ccRCC發(fā)生發(fā)展中的功能進(jìn)行系統(tǒng)的研究。10%的ccRCC患者存在BAP1基因突變，而且BAP1突變和患者生存期負(fù)相關(guān)。那么在90%不攜帶BAP1突變的ccRCC患者中，BAP1是否也發(fā)揮抑癌基因的功能？2019年4月16日，該課題組在Molecular & Cellular Proteomics雜志上在線發(fā)表了題為“Loss of BAP1 Results in Growth Inhibition and Enhances Mesenchymal-Epithelial Transition in Kidney Tumor Cells”的研究論文。通過分析TCGA數(shù)據(jù)，他們發(fā)現(xiàn)BAP1的低表達(dá)和ccRCC患者的生存期正相關(guān)，提示W(wǎng)ildtype BAP1可能發(fā)揮促癌基因的功能。利用BAP1敲除的ccRCC細(xì)胞系，他們揭示BAP1缺失后差異表達(dá)蛋白主要富集在細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞生長(zhǎng)相關(guān)的通路。泛素化組學(xué)結(jié)果提示BAP1參與了RNA加工、染色質(zhì)重組等生物學(xué)過程。功能性實(shí)驗(yàn)證實(shí)BAP1敲除降低蛋白合成和Rho GTPase的活性，導(dǎo)致細(xì)胞增殖變慢以及細(xì)胞偽足、胞內(nèi)微絲束的減少。BAP1缺失顯著降低ccRCC細(xì)胞的遷移和侵襲能力以及EMT相關(guān)蛋白Vimentin、N-cadherin和轉(zhuǎn)錄因子Snail的表達(dá)。ChIP實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示BAP1敲除增加Snail基因區(qū)域H2AK119的泛素化水平，并且加強(qiáng)Snail-promoter的活性。這些結(jié)果表明BAP1通過對(duì)H2A的去泛素化調(diào)控了Snail基因的轉(zhuǎn)錄和EMT過程，提示在攜帶Wildtype BAP1的病人中BAP1可能發(fā)揮促癌作用。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生陳鵬晟為本文的第一作者，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鄧海騰為本文通訊作者，301醫(yī)院的吳迪和呂陽參與了該項(xiàng)工作。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部973項(xiàng)目的資助。
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