饿死癌细胞:利用癌细胞爱吃糖的弱点,阻断癌细胞食物供应

2021
11/21

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生物世界
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急性髓性白血病(AML)细胞失去了自身制糖的能力,它们开始依赖来自体外的肌醇,利用细胞表面的小转运蛋白SLC5A3将其带入细胞内。

癌细胞为了快速生长,会简化某些细胞过程并仅依靠一种方法来生存。它们的一个重要特性就是代谢功能障碍,表现为对细胞外营养物质的极度依赖,这一表现也被称为营养依赖。在许多肿瘤中,营养依赖是由代谢产物的合成代谢需求增加引起的。其中一个最明显的例子是淋巴癌对细胞外天冬酰胺的依赖,这是因为天冬酰胺生物合成中的限速酶在这种恶性肿瘤中表观遗传沉默。因此,可以通过开发靶向营养依赖的疗法来杀死癌细胞。 

肌醇 是细胞生存所需的一种糖类,它存在于水果、豆类、谷物和坚果等多种食物中。大多数细胞要么从外界获取,要么自己制造。由于血液中有大量的肌醇,一些癌细胞会放弃制造,转而从血液中获取。了解癌细胞摄入肌醇的机制有助于人们开发靶向营养依赖的疗法。

近日,冷泉港实验室的研究团队在 Cancer Discovery 期刊上发表了题为: SLC5A3-dependent myo-inositol auxotrophy in acute myeloid leukemia 的研究论文。

该研究通过CRISPR筛选,确定了急性髓性白血病(AML)对肌醇转运蛋白SLC5A3的依赖,而这种依赖是因为ISYNA1基因的转录沉默所致,因为ISYNA1基因编码肌醇生物合成的限速酶,ISYNA1基因的转录沉默导致AML细胞难以自身合成肌醇,不得依赖于外来的肌醇。

正常细胞可以自己合成肌醇,而AML细胞则必须依赖肌醇转运蛋白SLC5A3来运输肌醇,针对这一点,可以开发出新的癌症治疗方法,通过切断癌细胞的食物供应 (阻断肌醇转运蛋白) 来杀死癌细胞,而不会对正常细胞造成伤害。


癌细胞的遗传依赖性可因为体外与体内的差异生长条件发生显著变化。这个挑战促使研究团队开发了一种强大的筛选方法。他们将先前克隆的多种sgRNA文库克隆到LRG2.1T载体骨架中,再通过慢病毒将每个文库转导到AML细胞系中,通过尾静脉将细胞系注射到免疫缺陷小鼠体内。经过12天的体内扩增,他们从小鼠骨髓和脾脏分离基因组DNA,对PCR扩增的sgRNA文库进行深度测序。本次的筛查结果在体内和体外条件下基本一致,研究团队还确定了239个靶点为体内相关依赖性。


肌醇转运蛋白SLC5A3是体内相关和AML依赖性的。Achilles/DepMap项目对体外培养的769多种癌症细胞系中的关键基因进行了全基因组CRISPR筛查。通过对Achilles/DepMap项目的分析,研究团队发现髓系TFs (MYB、CBFB和SPI1) 和SLC5A3为体内验证靶点库中最具白血病倾向的基因。AML细胞系的体内筛选和10种不同癌细胞系的体外SLC筛选证实了SLC5A3在体外和体内条件下具有AML特异性。

为了验证SLC5A3在AML中的依赖性,研究团队在表达Cas9的AML细胞系中慢病毒转导sgRNA表达载体后,进行了基于竞争的增殖分析。他们验证了SLC5A3 sgRNAs对几个AML细胞系的细胞适应性的损害。他们还验证了SLC5A3基因敲除在体内条件下抑制AML细胞系的生长。总的来说,这些发现表明,在体外和体内条件下,SLC5A3在某些AML细胞系中是必不可少的。


因为SLC5A3的主要底物是肌醇,研究团队测量了SLC5A3失活后癌细胞系中的细胞内肌醇水平。正如预期的那样,敲除SLC5A3导致细胞内肌醇显著减少。值得注意的是,SLC5A3依赖性细胞系在肌醇耗竭后的生长速度减慢,而SLC5A3非依赖性细胞系的生长不受肌醇耗竭的影响。综上所述,这些实验表明SLC5A3依赖性与AML中的肌醇营养依赖有关。而SLC5A3在AML中的基本功能是将细胞外肌醇转运到细胞内部。

接下来他们研究了AML中SLC5A3依赖性和肌醇营养依赖的机制。通过分析已知肌醇生物合成基因的mRNA水平,研究团队注意到SLC5A3依赖性和ISYNA1表达之间存在显著的负相关,ISYNA1编码肌醇生物合成中的限速酶。使用双顺电子sgRNA载体进行的基于竞争的增殖试验表明,ISYNA1和SLC5A3的双重靶向导致的AML细胞系增殖缺陷和细胞内肌醇的下降比单个基因的丢失更严重。此外,ISYNA1基因敲除足以将细胞系转化为肌肌醇营养依赖型。综上所述, ISYNA1和SLC5A3相互作用以维持细胞内肌醇和细胞活力。

综上,急性髓性白血病 (AML) 细胞失去了自身制糖的能力,它们开始依赖来自体外的肌醇,利用细胞表面的小转运蛋白SLC5A3将其带入细胞内。因此,找到简单的方法来关闭或阻断这种转运蛋白,就能饿死癌细胞,而不伤害健康细胞。

论文链接:
https://cancerdiscovery.aacrjournals.org/content/early/2021/09/15/2159-8290.CD-20-1849#
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关键词:
癌细胞,细胞系,依赖性,食物,吃糖,肌醇,基因,蛋白

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