Science：發現細胞能量新來源

日期：2016-06-03 08:52:33

我們的所有細胞都需要ATP？這一在線粒體中生成的小分子涵蓋了細胞代謝、動力學和生長所需的能量。而在較低的程度上，尤其是在癌細胞中，葡萄糖降解過程中獲得的能量也能讓細胞質中生成ATP。這些ATP來源足以滿足正常條件下細胞的能量需求。然而，響應壓力誘導的外部信號或廣泛的DNA損傷，細胞需要整體重編程它們的基因表達模式，這一過程要求廣泛重塑染色質以獲取編碼在DNA中的調控信息。

細胞核中的DNA被包裝成染色質，以這種形式阻止獲取遺傳信息。整體重編程基因表達以應對應激狀況和高水平的DNA損傷要求解開DNA與染色質蛋白之間的相互作用。染色質蛋白修飾會消耗大量的能量。為了滿足這些特殊需求，因此細胞需要額外的能量，因此一個新信號通路被激活以便獲得更多可用的ATP。

在發表于6月3日《科學》（Science）雜志上的一篇論文中，基因組調控中心(CRG)的Miguel Beato領導研究人員與龐培法布拉大學、巴塞羅納生物醫學研究所及羅維拉-威爾吉利大學合作，第一次描述了在細胞核中為重塑染色質和重編程基因表達生成能量的一條信號通路。他們還確定了參與這一過程每一步的一些酶的功能，以及它們響應壓力信號激活的機制。他們的結果將有助于理解染色質重塑的潛在機制，它與DNA損傷及癌癥之間的關系。

“一些特殊情況要求采取特別的措施。當細胞需要應付基因表達整體重編程時，它們要求在細胞核中獲得大量的能量。在這些情況下，細胞會阻止線粒體和細胞質中的ATP生成，將焦點放在細胞核中的主要任務上，”Miguel Beato說。

研究人員發現，染色質解壓縮和DNA損傷修復中的一個主要作用因子poly-ADP-ribose (PAR)是核ATP合成的基礎。核酶NUDIX5利用了它的ADP-ribose構件來生成ATP。阻斷NUDIX5活性可阻止染色質重塑、基因表達重編程及細胞適應壓力或DNA損傷。

“我們的研究結果指出NUDIX5是合成核ATP實現染色質重塑的一個關鍵作用因子。由于NUDIX5在各種類型的癌癥中過表達，因此這一基礎發現有可能促成靶向性癌癥藥物。NUDIX5可作為癌癥分層的一個生物標記物和未來癌癥治療的一個新潛在靶點，”論文的第一作者、CRC博士后Roni Wright說。

眾所周知，癌細胞是貪婪的能源消費者，它們貪吃大量的葡萄糖。最近，經驗豐富的癌癥代謝研究員Deepak Nagrath帶領的課題組，對他們一項最新的癌癥研究結果感到非常驚訝：他在萊斯大學的實驗室通過實驗表明，某些癌細胞通過進食它們鄰近細胞的“言語”，而獲得30%到60 %的燃料。相關研究結果發表在2016年的《eLife》雜志上。

快速生長的腫瘤，非常依賴營養物質的高效轉運。GLUT是一種重要的轉運蛋白，負責將糖類運入細胞。瑞典Karolinska研究所的研究人員首次解析了GLUT轉運蛋白的工作機制，文章發表在2013年的Nature Structural & Molecular Biology雜志上。他們希望這一研究能夠為抗癌新藥物的開發提供基礎。

斯克里普斯研究所（TSRI）的生物化學家們發現一條遺傳序列可以改變宿主基因對細胞能量水平的反應。科學家們發現在細菌中這一特殊的能量感應開關可以成為新的一類強有力抗生素的靶點。這一發現為我們理解生物學中最重要的一個過程——細胞如何感應并處理能量水平提供了新層面。研究結果發表2012年的Nature Chemical Biology雜志上。