模拟肿瘤细胞糖代谢的酵母菌线粒体膜电位调控机制

The typical character in tumor metabolism is that cells predominantly produce energy by a high rate of glycolysis rather oxidative phosphorylation in mitochondria even with the oxygen (Warburg effect). But how Warburg effect promotes tumorigenesis and link to other features of tumor is unclear. Our previous data has shown that yeast glycolytic strains which mimic the glucose metabolism in cancer cells are specifically sensitive to mitochondrial uncoupler CCCP. This indicates that mitochondrial membrane potential (MMP) is essential for the yeast glycolytic strains and tumor cells. Our further experiments suggest that the requirement of MMP in glycolytic strains is linked to iron sulfur cluster biosynthesis and DNA replication. So we speculate that MMP may play a key role in Warburg effect promoted tumogenesis and DNA replication. This proposal will investigate the mechanism by which yeast glycolytic strains are sensitive to CCCP and explore the role of MMP in glycolytic strains and mechanisms in promoting tumogenesis and regulation of DNA replication, which will provide a theoretical basis for anticancer drugs screen.

肿瘤代谢的典型特征就是癌细胞即使在有氧状态下仍旧以糖酵解为主要糖代谢产能途径，即瓦伯格效应(Warburg effect)。 但是目前瓦伯格效应促进肿瘤发生发展的分子机理以及和其它癌细胞的典型特征之间的关系还不清楚。我们前期的研究发现去除线粒体膜电位的小分子CCCP能特异性杀死模拟癌细胞糖代谢的酵母菌，这表明线粒体膜电位是模拟癌细胞糖代谢的酵母菌生长所必需的，进一步的研究表明该特性和线粒体内铁硫簇的生物合成以及DNA复制相关。由此我们推测线粒体膜电位在瓦伯格效应促进肿瘤发生发展以及DNA复制中起关键作用。本课题将通过对CCCP杀死模拟癌细胞糖代谢的酵母菌的机理研究，来探索线粒体膜电位调控模拟癌细胞糖代谢的酵母菌生长的具体分子机理以及对DNA复制的调控机制，并为新型抗肿瘤药物的筛选提供理论基础。

本研究通过对氧化磷酸化缺陷型酵母菌株对线粒体膜电位依赖性的研究，初步构建和验证调控线粒体膜电位依赖性的网络，发现线粒体膜电位的缺失引起铁缺陷反应，但是后续的试验表明细胞内铁过量和导致了细胞周期G1期停滞并不是决定菌株对CCCP敏感的关键因素。后续又发现很多细胞通路和线粒体膜电位的关联，但是机理上的证明一直没有有效突破。在此情况下，项目组及时做出调整，积极探索，着重研究了其中涉及的核小体重塑复合物和组蛋白甲基化在转录起始位点，以及核小体重塑复合物在复制起始点的作用，取得了重要进展。成功发现了核小体重塑复合物和组蛋白甲基化对转录起始位点的不同调控途径，并且发现核小体重塑复合物在TATA和TATAless基因的对转录起始位点的调控差别。本研究从研究转录起始位点基因组水平上的调控入手，确定了不同表观遗传学体系在转录起始位点调控的不同作用，这为深入开展表观遗传学在转录起始位点的调控提供了关键信息。本研究还发现核小体重塑复合物通过抑制DNA复制区的转录来维持基因组的稳定。而本项目发现的DNA复制起始位点的转录和基因组稳定之间的关系，则为后续研究抗肿瘤药物机理提供了另外一个方向，值得更深入的应用研究。