巴塞尔大学：精氨酸通过RBM39重编程肝癌的代谢

背景

过去十年的研究进展表明，代谢重编程是癌症的一个标志，其中一些主要代谢途径被重新连接，以增强细胞增殖。改变的代谢途径包括碳水化合物、氨基酸、核苷酸、脂肪酸和脂类代谢。然而，代谢重编程的基础机制以及代谢改变如何反过来增强致瘤性尚不清楚。

简介

2023年9月26日，来自瑞士巴塞尔大学的Dirk Mossmann及其团队在Cell (IF: 64.5)杂志上发表名为Arginine reprograms metabolismin liver cancer via RBM39的研究[1]。

研究要点

1、尽管尿素循环受到抑制，肝癌患者的精氨酸仍增加。

2、增加对聚胺的摄取和减少转化可维持精氨酸的高水平。

3、精氨酸与转录调节因子RBM39结合以促进致癌代谢。

4、RBM39在肝癌中的依赖性可以被分子胶降解剂所利用。

主要结果

精氨酸决定了代谢基因的表达

为了进一步研究HCC中未代谢的精氨酸的作用，我们首先筛选了一组人肝癌细胞系中ARG1， AGMAT和精氨酸合成酶的缺失，以找到一个体外实验系统，表型L-dKO肿瘤，选择SNU-449细胞系。为了证实SNU-449细胞作为L-dKO肿瘤替代指标的效用，我们使用慢病毒系统在这些细胞中稳定表达ARG1、AGMAT或ARG1和AGMAT (下文为ARG1/AGMAT) (图3A)。在含有超生理浓度精氨酸的标准DMEM细胞培养基中，ARG1和/或AGMAT的表达轻度降低了SNU-449细胞的克隆性生长。在含有类似血浆或肿瘤微环境(TME)的生理浓度精氨酸的培养基中，ARG1或AGMAT表达显著降低了SNU-449细胞的克隆生长，而ARG1/ AGMAT共表达阻止了生长 (图3B, 3C)。此外，与我们的体内实验 (限制精氨酸饮食和AAV介导的ARG1或AGMAT持续表达)一致，表达ARG1或AGMAT的SNU-449细胞显示精氨酸水平降低，而ARG1/AGMAT共表达进一步降低了精氨酸水平 (图3D)。ARG1和/或AGMAT的表达没有增加总多胺水平，这再次与我们的体内实验一致。综上所述，SNU-449细胞忠实地表现L-dKO肿瘤的表型，因此可以用作体外替代物来研究精氨酸的致癌作用。    

精氨酸结合的RBM39控制代谢基因的转录

接下来，我们确定RBM39是否影响SNU-449细胞中除ASNS外精氨酸控制的标记基因的表达。瞬时小干扰RNA (siRNA)介导或稳定短发夹RNA (shRNA)介导的RBM39敲低降低了PSAT1、PSPH和GLSK的表达，增加了GLUT3、HK2、NNMT和AOC3的表达。我们还用芳基磺胺胰岛素耗尽了RBM39。胰岛素是一种所谓的“分子胶”，可将RBM39转化为DCAF15相关泛素连接酶复合物的新底物，从而诱导RBM39的特异性蛋白酶体降解。用10 μM胰岛素处理SNU-449细胞降低了RBM39蛋白水平 (图6A)，更重要的是降低了ASNS、PSAT1、PSPH和GLSK，增加了GLUT3、HK2、NNMT和AOC3，但不影响ATF4表达 (图6A、6B)。胰岛素处理还进一步加剧了表达ARG1/ AGMAT的细胞中特征基因的表达变化，并阻断了ASNS在表达ARG1/ AGMAT的细胞中重新表达的作用。此外，添加过量的天冬酰胺 (即增加精氨酸摄取)未能恢复稳定敲低RBM39的SNU-449细胞的克隆生长，而过表达RBM39未能恢复表达ARG1/ AGMAT的SNU-449细胞的特征基因表达。这些发现表明RBM39以精氨酸依赖的方式控制代谢基因的表达。   

RBM39促进肿瘤发生

与对照肝组织相比，L-dKO肿瘤中的RBM39表达升高 (图6I)。为了研究RBM39对肿瘤的发生是否重要，我们使用肝细胞特异性AAVs敲低8周龄L-dKO小鼠的RBM39。Rbm39敲低降低了L-dKO小鼠的肿瘤负荷 (图6J)，并且正如在ARG1或AGMAT过表达和Asns敲低后观察到的，Rbm39敲低仅在非肿瘤组织中检测到 (图6K)。此外，Rbm39的敲低与非肿瘤组织中Asns mRNA和精氨酸水平的降低相关 (图6L和图6M)，支持Rbm39在转录上控制Asns，进而促进精氨酸摄取的观点。   

结论及展望

总而言之，本研究报告了精氨酸水平在小鼠和患者肝细胞癌 (HCC)中升高，尽管精氨酸合成基因的表达降低。由于摄取增加和精氨酸到多胺的转换减少，肿瘤细胞积累了高水平的精氨酸。重要的是，高水平的精氨酸通过进一步的代谢重编程促进肿瘤的形成，包括葡萄糖、氨基酸、核苷酸和脂肪酸代谢的改变。机制上，精氨酸结合RNA结合基序蛋白39 (RBM39)来控制代谢基因的表达。RBM39介导的天冬酰胺合成的上调导致精氨酸摄取增强，产生一个正反馈循环以维持高精氨酸水平和致癌代谢。因此，精氨酸是一种第二信使样分子，可重新编程代谢以促进肿瘤生长。   

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867423010322?via%3Dihub

参考文献

1.Mossmann Dirk,Müller Christoph,Park Sujin et al. Arginine reprograms metabolism in liver cancer via RBM39.[J] .Cell, 2023, undefined: undefined.   

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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