MPC-1乙酰化修饰调控糖代谢影响胰腺癌生长和干性特征的机制

Our previously studies found that oxidative phosphorylation of pyruvate was decreased in pancreatic cancer. Pyruvate tended to forming lactate and promoted pancreatic cancer growth and metastasis. Recently, it was reported that Mitochondrial Pyruvate Carrier-1 (MPC1) was the key factor which mediated mitochondrial pyruvate entry. We studied MPC1 in pancreatic cancer for the first and found that the expression of MPC1 was significantly decreased in both pancreatic cancer cell lines and tissues, and restored expression of MPC1 led to suppressed pancreatic cancer growth, invasion, migration and stem cell maintain. Further studies showed that the suppressed expression of MPC1 in pancreatic cancer was regulated by acetylation and SIRT mediated deacetylation of MPC1 which might increase the stability of MPC1. Based on these important preliminary data, we will further demonstrate the molecular mechanism of acetylation on MPC1 stability and/or activity, analyze the role of SIRT in MPC1 deactylation, and measure the effect of MPC1 acetylation on pancreatic cancer growth and stemness via glycolysis in vitro and in vivo.

课题组既往研究报道，胰腺癌中丙酮酸氧化磷酸化降低，易于生成乳酸，促进了胰腺癌的生长和转移。丙酮酸线粒体转运蛋白-1（Mitochondrial Pyruvate Carrier-1，MPC1）是转运丙酮酸进入线粒体的关键因子。课题组预实验发现,MPC1在胰腺癌中表达降低，且恢复MPC1表达可抑制胰腺癌生长和干细胞成球。进一步机制研究发现，MPC1表达受蛋白乙酰化修饰调节，且SIRT介导去乙酰化可增加MPC1蛋白稳定性。课题组将以这些研究结果为基础，采用经典分子生物学和模式动物等方法，深入研究乙酰化修饰对MPC1蛋白稳定性和/或活性的调节，探讨SIRT介导MPC1去乙酰化的作用，明确MPC1乙酰化修饰通过调控糖酵解对胰腺癌生长和干性特征的影响，并在临床组织样本中验证，从而阐明MPC1在胰腺癌中表达和/或功能降低的机制及生物学效应，最终为胰腺癌诊疗策略制定和新靶点寻找提供依据。

胰腺癌是恶性程度最高的肿瘤之一，其发病隐匿，病程进展迅速，且缺乏有效的治疗手段，预后极差，因此探索发病机制，寻找新的诊疗靶点成为胰腺癌转化医学研究的重点。代谢异常是肿瘤的重要特征，促进了肿瘤的发生发展，尤其是对胰腺癌这类乏氧的肿瘤。丙酮酸合成和代谢通路是糖代谢的核心，且代谢通路关键酶是调节糖代谢的重要机制。既往研究主要围绕在丙酮酸合成及代谢酶的调节，近期研究鉴定和报道了丙酮酸线粒体转运蛋白－1（Mitochondrial Pyruvate Carrier-1，MPC1）是转运丙酮酸进入线粒体的关键分子，在调节丙酮酸氧化磷酸化中发挥了关键作用。.本项目在既往研究以及预实验基础上，采用经典的分子生物学和模式动物等方法，在胰腺癌中，研究KDM5A调控的组蛋白甲基化修饰对MPC-1 表达水平的调控机制，体外、体内研究KDM5A／MPC-1信号轴对胰腺癌糖酵解和生长、干性特征的调节，并在临床组织样本中验证。.本研究获得以下研究结果：（1）MPC-1在胰腺癌组织、细胞中mRNA和蛋白表达水平显著降低，MPC-1高表达的患者生存期显著延长，MPC-1是胰腺癌的独立预后因子；（2）MPC-1可抑制胰腺癌的生长、干细胞成球、迁移和侵袭；（3）MPC-1可增加胰腺癌细胞线粒体内丙酮酸的浓度，降低乳酸的产生和糖的消耗，而MPC-1抑制剂可逆转此作用；（4）KDM5A可通过与KDM2B相互作用，结合于MPC-1的启动子区，促进H3K4me3去甲基化为H3K4me2，降低MPC-1启动子转录活性，抑制MPC-1表达水平；（5）KDM5A通过调控MPC-1调控，促进了胰腺癌糖酵解的发生；（6）KDM5A在胰腺癌中表达显著升高，KDM5A高表达的患者生存期显著缩短，是胰腺癌的独立预后因子。且敲低KDM5A可抑制胰腺癌生长。此外，在胰腺癌组织中，KDM5A与MPC-1表达呈负相关。.本研究首次报道了MPC-1在胰腺癌中低表达，从而促进了胰腺癌生长、干细胞成球、浸润和迁徙。通过 研究KDM5A降低H3K4me3转录抑制MPC-1表达，阐明了胰腺癌中MPC-1异常低表达的机制。为将来靶向KDM5A／MPC-1信号轴提供了依据。