腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出獨(dú)特的代謝變化，以支持其生物量的快速積累，也稱(chēng)為代謝重編程，其中脂代謝的重編程是腫瘤細(xì)胞的重要特征之一。許多代謝相關(guān)基因通過(guò)選擇性剪接以產(chǎn)生環(huán)狀RNA，但對(duì)它們的功能仍然知之甚少，特別是在脂代謝重編程中的作用還不是很清楚。
2022年11月22日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)李啟東老師和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一附屬醫(yī)院姚寒暉老師作為共同一作在Cell Reports上發(fā)表了題為“circPRKAA1 activates a Ku80/Ku70/SREBP-1 axis driving de novo fatty acid synthesis in cancer cells”的文章。該文發(fā)現(xiàn)AMP活化蛋白激酶（AMPK）的 α1亞基編碼的環(huán)狀RNA（circRNA）——circPRKAA1在維持肝細(xì)胞癌（HCC）脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要的作用，circPRKAA1的表達(dá)通過(guò)兩種協(xié)調(diào)功能促進(jìn)脂肪酸的合成并促進(jìn)脂質(zhì)的儲(chǔ)存。中科新生命參與了該研究中靶向膽汁酸和蛋白質(zhì)譜檢測(cè)的相關(guān)工作。
研究材料
小鼠模型、細(xì)胞、人組織
技術(shù)路線
步驟1：circPRKAA1在HCC中高表達(dá)；
步驟2：circPRKAA1促進(jìn)HCC中的脂質(zhì)積累；
步驟3：circPRKAA1 直接與 Ku80 和 Ku70 結(jié)合；
步驟4：circPRKAA1通過(guò)與Ku蛋白相互作用促進(jìn)mSREBP-1的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性；
步驟5：circPRKAA1生物發(fā)生是SRSF1依賴(lài)性剪接對(duì)AMPK活性狀態(tài)的響應(yīng)；
步驟6：circPRKAA1在腫瘤發(fā)生中的生物學(xué)意義。
研究結(jié)果
1. circPRKAA1在HCC中高表達(dá)
作者首先對(duì)circPRKAA1進(jìn)行鑒定和表征，已證實(shí)其確為真正的circRNA。接著作者在離體組織中發(fā)現(xiàn)，與癌旁正常組織相比，circPRKAA1在肝細(xì)胞癌中的表達(dá)更高。此外，作者也比較了circPRKAA1在一組HCC來(lái)源的腫瘤系和正常肝細(xì)胞中的表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)circPRKAA1的表達(dá)在某些腫瘤系（Hep3B，PLC / PRF / 5和HepG2）中升高，而其他（Huh7，HCCLM3，SK-Hep-1和SMMC-7721）表達(dá)的水平與正常細(xì)胞系（HAFF 和WRL68）相似，表明HCC細(xì)胞系的一個(gè)子集顯示出circPRKAA1表達(dá)升高（圖1）。
圖1 circPRKAA1的生物發(fā)生和表達(dá)表征
2. circPRKAA1促進(jìn)HCC中的脂質(zhì)積累
作者進(jìn)一步研究了circPRKAA1在脂質(zhì)合成代謝中的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)circPRKAA1沉默和過(guò)表達(dá)時(shí)分別降低和增加細(xì)胞中游離脂肪酸(FFAs)和甘油三酯(TG)的含量，但不影響總膽固醇(TC)水平。circPRKAA1沉默后，F(xiàn)FA水平顯著降低，而總飽和脂肪酸(SFAs)、單不飽和脂肪酸(MUFAs)、多不飽和脂肪酸(PUFA)、n-3 PUFAs和n-6 PUFAs水平也顯著降低。在circPRKAA1沉默后，SREBP-1，ACC1，ACLY，SCD1和FASN蛋白的表達(dá)水平顯著降低，而circPRKAA1過(guò)表達(dá)則增加了它們的表達(dá)。此外，還發(fā)現(xiàn)circPRKAA1可能為SREBP-1（一種轉(zhuǎn)錄因子，可驅(qū)動(dòng)必需脂肪酸合成酶的表達(dá)）的潛在激活劑。結(jié)果表明circPRKAA1增強(qiáng)了HCC細(xì)胞中脂肪酸的從頭合成和脂質(zhì)積累（圖2）。
圖2 circPRKAA1促進(jìn)細(xì)胞脂質(zhì)儲(chǔ)存的積累
3. circPRKAA1 直接與 Ku80 和 Ku70 結(jié)合
接著作者研究了circPRKAA1是如何調(diào)節(jié)從頭脂肪酸的合成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ku80/Ku70、mSREBP-1和circPRKAA1之間形成了四聚體復(fù)合物，且circPRKAA1在細(xì)胞核中與Ku80、Ku70和mSREBP-1相互作用。通過(guò)體外重建相互作用實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)circPRKAA1直接與Ku80和Ku70相互作用，而不是直接與mSREBP-1結(jié)合。通過(guò)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)完整的circPRKAA1/Ku80/Ku70復(fù)合物是先激活mSREBP-1并隨后促進(jìn)脂肪酸從頭合成（圖3）。
圖3 circPRKAA1直接與Ku80和Ku70結(jié)合
4. circPRKAA1通過(guò)與Ku蛋白相互作用促進(jìn)mSREBP-1的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性
作者進(jìn)一步研究了circPRKAA1與Ku80 / Ku70的結(jié)合是如何影響mSREBP-1功能。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)circPRKAA1的沉默對(duì)Ku80或Ku70蛋白水平?jīng)]有影響，且并不影響Ku80和Ku70之間的結(jié)合，但Ku80或Ku70與mSREBP-1之間的相互作用減少。circPRKAA1/Ku80/ Ku70/mSREBP-1配合物通過(guò)阻止其蛋白酶體降解從根本上維持mSREBP-1的穩(wěn)定性。表明circPRKAA1通過(guò)與Ku80/Ku70的結(jié)合，起到促進(jìn)mSREBP-1穩(wěn)定的作用，并建立RNA-DNA三聯(lián)體，將復(fù)合物錨定在SREBP-1基因靶標(biāo)的啟動(dòng)子區(qū)域（圖4）。
圖4 circPRKAA1通過(guò)與Ku蛋白相互作用促進(jìn)mSREBP-1的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性
5. circPRKAA1生物發(fā)生是SRSF1依賴(lài)性剪接對(duì)AMPK活性狀態(tài)的響應(yīng)
在確定了circPRKAA1的下游作用之后，作者轉(zhuǎn)向識(shí)別負(fù)責(zé)觸發(fā)circPRKAA1生物發(fā)生的上游信號(hào)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)抑制AMPK會(huì)增加circPRKAA1水平，表明低細(xì)胞AMPK活性是產(chǎn)生circPRKAA1的生理觸發(fā)因素，此外，也證實(shí)了低AMPK活性狀態(tài)以SRSF1依賴(lài)性方式誘導(dǎo)circPRKAA1表達(dá)的結(jié)論（圖5）。
圖5 circPRKAA1生物發(fā)生是SRSF1依賴(lài)性剪接對(duì)AMPK活性狀態(tài)的響應(yīng)
6. circPRKAA1在腫瘤發(fā)生中的生物學(xué)意義
作者首先研究了調(diào)節(jié)circPRKAA1的表達(dá)對(duì)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)circPRKAA1的表達(dá)對(duì)體外和體內(nèi)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)產(chǎn)生積極影響。接著從臨床樣本中建立證據(jù)，以表明circPRKAA1在HCC中的表達(dá)與AMPK激活有關(guān)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)p-AMPK濃度和circPRKAA1表達(dá)之間呈負(fù)相關(guān)，為人類(lèi)腫瘤組織中存在AMPK-SRSF1-circPRKAA1調(diào)節(jié)軸提供了支持證據(jù)，并建立工作模型將AMPK活性、circPRKAA1生成和從頭脂肪生成聯(lián)系起來(lái)（圖6）。
圖6 circPRKAA1在腫瘤發(fā)生中的生物學(xué)意義
小編小結(jié)
本文證明了circPRKAA1通過(guò)與Ku蛋白相互作用促進(jìn)mSREBP-1穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性的機(jī)制和作用。circPRKAA1有助于脂肪酸的從頭生物合成，表明circPRKAA1是AMPK調(diào)控腫瘤細(xì)胞脂質(zhì)代謝重編程的重要組成部分。circPRKAA1升高可能在HCC中起腫瘤啟動(dòng)子作用，靶向circPRKAA1可能為HCC提供新的治療機(jī)會(huì)，此項(xiàng)研究具有重要的理論和臨床意義。