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Nature 子刊:林圣彩、宋尔卫等建立脂质生成与乳腺癌的直接联系

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背景介绍

与正常细胞相比,癌细胞的代谢特征发生了巨大的变化,不仅表现出对葡萄糖和谷氨酰胺有异常高的需求,而且脂质代谢也发生较大改变,如脂肪生成升高,脂肪酸摄取增加等。

其中,脂质代谢对乳腺癌细胞的影响尤其大,因为乳腺癌细胞通常被大量的脂肪细胞包围并产生一个富含脂肪酸的微环境,可作为细胞生长的外部刺激因素。

磷脂酸磷酸酶 LPIN1 既可以作为代谢酶,又可以作为转录辅助因子调控脂质代谢途径,如脂肪酸氧化和脂肪生成。另外,LPIN1 在某些类型的癌细胞中被发现异常上调,其磷脂酸磷酸酯酶的激活是这些癌细胞存活所必需的

原癌基因 Src 是一种非受体酪氨酸激酶,调节多种生物学过程,包括细胞增殖、分化、生存和迁移,而 Src 的异常激活被认为是一种强有力的致癌蛋白。

然而,Src 和 LPIN1 之间是否存在相互作用,以及体内致癌信号和甘油脂合成之间的功能联系仍然不清楚

2020 年 11 月 17 日,厦门大学生命科学学院、细胞应激生物学国家重点实验室林圣彩团队 Nature Communications 在线发表了题为 Proto-oncogene Src links lipogenesis via lipin-1 to breast cancer malignancy 的研究性论文。 宋尔卫院士林树勇教授等团队参与了这项研究。

该研究发现原癌基因 Src 能够与磷脂酸磷酸酶 LPIN1 相互作用并直接促进肿瘤细胞中的脂质生成,直接将脂质生成与乳腺癌联系起来也为其他恶性肿瘤发生发展的内在机制探究提供了新的思路

主要内容

Src 与 LPIN1 直接相互作用并催化后者磷酸化

为鉴定潜在的、与 LPIN1 相互作用的蛋白,研究人员首先使用 CRISPR/Cas9 技术将乳腺癌细胞系 MDAMB-231 中的内源性 LPIN1 替换为带有 Flag 标签的 LPIN1,然后,在发生免疫共沉淀的蛋白中,Src 蛋白被鉴定为一种新的、潜在的与 LPIN1 发生相互关系的蛋白

后续的蛋白相互作用实验也证明了这一点,体外 GST 下拉实验显示 LPIN1 与 Src 可发生直接相互作用,而 Src 可直接磷酸化 LPIN1

接下来,他们探究了添加生长因子是否会增加 Src 介导的 LPIN1 酪氨酸磷酸化。在无血清培养基中培养 MDA-MB-231 细胞时,添加生长因子会使 LPIN1 酪氨酸磷酸化显著增加。实验表明,Src 能够促进 LPIN1 上的酪氨酸磷酸化,而生长因子能够显著促进该过程

磷酸化的 LPIN1 促进甘油脂的合成

研究人员对 Src 磷酸化的 LPIN1 进行质谱分析,以鉴定磷酸化的酪氨酸残基,随后他们通过构建突变体进行验证,结果发现 Tyr398、Tyr413 和 Tyr795 (3YF) 联合突变能够消除 Src 催化的 LPIN1 磷酸化的效应

他们通过使用特异识别在三个不同的酪氨酸残基上 LPIN1 磷酸化的抗体,再次证实 LPIN1 的三个酪氨酸残基确实以 Src 依赖的方式磷酸化,这些数据清楚地表明,LPIN1 是 Src 真正的底物。

那么磷酸化的 LPIN1 是否直接影响 MDA-MB-231 和 MDA-MB-468 细胞中甘油脂的合成呢

研究发现,当在无血清培养基中培养时,生长因子的添加可显著加快了这两种乳腺癌细胞系中甘油二酯 (DAG)、甘油三酯 (TAG)、磷脂酰乙醇胺 (PE) 和磷脂酰丝氨酸 (PS) 的合成速度,磷脂酰胆碱 (PC) 合成率的平均值也有增加趋势提高。然而,这种增加的效应在 LPIN1 联合突变细胞中却消失了

乳腺癌细胞的增殖依赖于酪氨酸磷酸化的 LPIN1

上述的实验确定了 Src 与 LPIN1 的互作关系,以及两者与脂质合成之间的关系。

为了检测 Src 促进甘油脂合成是否影响细胞增殖,研究人员首先在 MDA-MB-231 和 MDA-MB-468 细胞中敲低了 LPIN1 或 Src。通过 CCK-8 和 BrdU 检测发现,LPIN1 或 Src 的降低能够显著地阻滞细胞增殖

另外,通过重新表达 WT-lipin-1,可以完全挽救 LPIN1 基因敲除引起的增殖阻滞

不仅如此,LPIN1 的减少也显著地阻滞了原位异种移植瘤的生长。因此,这些结果表明,Src 介导的 LPIN1 磷酸化通过参与脂质合成过程,有助于维持乳腺癌细胞的增殖。

小鼠乳腺癌模型中 LPIN1 酪氨酸磷酸化的研究

研究人员利用小鼠乳腺癌模型研究了 LPIN1 在肿瘤发育中的作用。结果发现,随着乳腺癌的发生发展,小鼠的乳腺肿瘤中磷酸化的 LPIN1 水平逐渐升高,这与激活的 p-Tyr416-Src 水平的升高一致。

为研究 LPIN1 是否会影响乳腺肿瘤的自发发生,他们将乳腺癌小鼠与 Lpin1+/−小鼠杂交,生成 Lpin1−/− 乳腺癌小鼠。结果发现,在 14 周龄时,Lpin1−/− 乳腺癌小鼠的肿瘤总重量显著低于对照组,Ki-67 染色显示活跃增殖的细胞也显著减少,此外,与对照组相比,Lpin1−/− 乳腺癌小鼠肺表面转移的肿瘤结节也较少。

这些数据表明,LPIN1 的酪氨酸磷酸化在促进小鼠乳腺肿瘤向恶性肿瘤的进展中起着至关重要的作用

Src-LPIN1 轴的激活与人类乳腺癌的关系

研究人员分析了 44 例在手术后立即处理的人原发性乳房肿瘤的 Src 和 LPIN1 的酪氨酸磷酸化水平,发现 p-Tyr795-lipin-1 信号与 p-Tyr416-Src 呈现强正相关性。

然后,与相邻的正常组织相比,P-Tyr795-lipin-1 和 p-Tyr416-Src 在人乳腺肿瘤中显著升高,同时,p-Tyr795-lipin-1 与肿瘤体积呈正相关,在淋巴结转移水平和患者的临床分期中也具有显著的线性趋势。

另外,生存分析显示,p-Tyr795-lipin-1 水平与总生存率和无复发生存率显著负相关。这些临床关联分析表明,Src 介导的 LPIN1 酪氨酸磷酸化与人乳腺癌的恶性肿瘤和较差的预后密切相关

研究总结

在这项研究中,该团队通过体外细胞实验、小鼠模型以及临床患者信息等多个层面证明了 LPIN1 与原癌基因 Src 的直接互作关系,并揭示两者的结合可显著促进脂质合成而后者在乳腺癌恶性肿瘤的发生发展中具有重要的作用

该研究揭示了脂质生成与乳腺癌相关联的内在分子机制之一,也为其他恶性肿瘤发生发展的内在机制探究提供了新的视角。


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