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.2009年12月10日；462(7274):739-44.
doi:10.1038/nature08617。

癌症相关IDH1突变产生2-羟基戊二酸

伦尼·丹 1, 大卫·W·怀特, 斯特凡·格罗斯, 布莱森·D·贝内特, 马克·A·比特根, 爱德华·M·德里格斯, 瓦莱丽亚·范廷, Hyun Gyung Jang先生, 金圣芳, 玛丽·基南, 凯文·马克斯, 罗伯特·M·普林斯, 帕特里克·S·沃德, 凯瑟琳·延恩, 琳达·M·刘, 约书亚·D·拉比诺维茨, 刘易斯·坎特利, 克雷格·汤普森, 马修·范德·海登, 新山·M·苏
附属公司

癌症相关IDH1突变产生2-羟基戊二酸

伦尼·丹等。 自然. .

摘要

细胞溶质异柠檬酸脱氢酶1（IDH1）突变是原发性脑癌主要亚群的一个共同特征。这些突变发生在IDH1活性位点的一个氨基酸残基上，导致该酶失去催化异柠檬酸转化为α-酮戊二酸的能力。然而，肿瘤中只有该基因的一个拷贝发生突变，这增加了突变不会导致简单功能丧失的可能性。在这里，我们表明，癌症相关的IDH1突变导致该酶具有新的能力，催化α-酮戊二酸依赖NADPH还原为R（-）-2-羟基戊二酸（2HG）。结构研究表明，当精氨酸132突变为组氨酸时，活性位点中的残基转移，产生结构变化，与异柠檬酸的氧化脱羧减少和获得将α-酮戊二酸转化为2HG的能力一致。研究表明，在患有先天性2HG代谢错误的患者中，2HG的过度积累会导致恶性脑瘤的风险升高。类似地，在含有IDH1突变的人类恶性胶质瘤中，我们发现2HG水平显著升高。这些数据表明，IDH1突变导致产生癌细胞介素2HG，并表明体内积累的过量2HG有助于胶质瘤的形成和恶性进展。

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数字

图1
图1。表达人R132H IDH1的细胞含有显著升高的2HG水平
（a）稳定转染的U87MG人胶质母细胞瘤细胞中myc标记的人异柠檬酸脱氢酶1（IDH1-myc）或R132H突变体（R132H-myc）的Western blot，（b）通过LC-MS扫描检测到表达R132H IDH1或WT IDH1的细胞中110–1000个物种的代谢产物米/z（中-高+). 标记为A、B和C的红色斑点分别代表分配给2HG、脱氢-2HG和2HG-钠加合物的物种。支持将物种“A”识别为2HG的光谱细节如右图所示，（c）表达R132H IDH1的细胞含有较高水平的2HG。数据按细胞数进行标准化，并表示为相对于父母值的倍差。误差条表示3个独立实验平均值的一个标准偏差（SD），（d）表达R132H IDH1的细胞在细胞培养基中显示出2HG的时间依赖性积累，归一化如（c）所述。误差条表示四个独立实验的平均值中的一个SD。
图2
图2。R132H突变改变IDH1的酶特性
显示了WT和R132H IDH1酶的氧化和还原反应动力学参数。K（K）M（M）和k猫WT酶的还原活性值无法确定，因为在任何底物浓度下都无法检测到可测量的酶活性。
图3
图3。IDH1中R132H突变导致产生R（−）-2HG
（a）如图所示，2HG被LC-MS鉴定为重组人R132H突变体IDH1的还原反应产物，（b）通过二乙酰-L-酒石酸酐衍生物化和LC-MS分析，评估了R132H突变体IDH1产生的2HG的手性。还原反应（rxn）产物单独、R（−）-2HG标准物单独和二者一起（rxn+R（−）-2HG）的标准化LC-MS信号显示为R（–）和S（+）形式（2HG外消旋体）单独或与反应产物（rxn+外消旋物）的外消旋混合物的信号。
图4
图4。R132H突变体IDH1的结构分析
（a）左边是R132H突变型IDH1（绿色）和WT IDH1的“闭合”构象叠加结构。右侧显示了WT IDH1（蓝色）结构的“开放”构象与突变IDH1的重叠（绿色），以供比较，（b）R132H IDH1活性位点（左）与αKG（黄色）和NADPH（灰色）的近距离比较，WT IDH活性位点（右）与异柠檬酸盐（黄色）及NADP（灰色）进行近距离比较。来自其他单体的残留物用质数（'）符号表示。除了残基132处的突变外，主要变化是催化残基Tyr 139和Lys 212′的位置。（c）显示R132H突变活性位点中αKG、NADPH、钙离子、His 132和其他关键催化残基的复合省略图的Walleyed立体图像在1σ水平上轮廓分明。
图4
图4。R132H突变体IDH1的结构分析
（a）左边是R132H突变型IDH1（绿色）和WT IDH1的“闭合”构象叠加结构。右侧显示了WT IDH1（蓝色）结构的“开放”构象与突变IDH1的重叠（绿色），以供比较，（b）R132H IDH1活性位点（左）与αKG（黄色）和NADPH（灰色）的特写比较，以及WT IDH活性位点（右）与异柠檬酸盐（黄色）和NADP（灰色）的特写比较。来自其他单体的残留物用质数（'）符号表示。除了残基132处的突变外，主要变化是催化残基Tyr 139和Lys 212′的位置。（c）显示R132H突变活性位点中αKG、NADPH、钙离子、His 132和其他关键催化残基的复合省略图的Walleyed立体图像在1σ水平上轮廓分明。
图5
图5。含有IDH1 R132突变的人类恶性胶质瘤中2HG浓度增加
通过手术切除获得的人脑胶质瘤样本被快速冷冻，基因分型为野生型（WT）（N=10）或携带R132突变等位基因（突变）（N=12）和提取的代谢物，用于LC-MS分析。在12个突变肿瘤中，10个携带R132H突变，一个携带R132S突变，一个携带R132G突变。每个符号表示每个肿瘤样本中所列代谢物的数量。红线表示组样本均值。通过Student t检验，WT和R132突变IDH1突变肿瘤之间观察到的2HG差异具有统计学意义（p<0.0001）。WT和R132突变型IDH1肿瘤之间的αKG、苹果酸、富马酸、琥珀酸或异柠檬酸水平无统计学显著差异。
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