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.2010年10月1日；9(19):3921-32.
doi:10.4161/cc.9.13139。 Epub 2010年10月25日。

氮合成代谢是谷氨酰胺分解在增殖细胞中的重要性的基础

蒙蒙 1, 陈树阳, 陶陶老, 梁东明, 念力桑
附属公司

氮合成代谢是谷氨酰胺分解在增殖细胞中的重要性的基础

孟萌等。 细胞周期. .

摘要

谷氨酰胺分解和Warburg效应是肿瘤细胞最显著的两个代谢特征，但它们在细胞增殖中的生物学意义尚不明确。目前一个被广泛接受的假设是，肿瘤细胞将谷氨酰胺用作能量和还原力的首选碳源，这被用来解释谷氨酰胺水解和Warburg效应。这里我们提供的证据表明，提供氮而不是碳骨架，是谷氨酰胺水解对增殖细胞的主要生物学重要性的基础。我们展示了在无谷氨酰胺培养基中替代性供氮机制拯救细胞增殖。特别是，我们表明氨足以维持Hep3B在无谷氨酰胺介质中的长期存活和增殖。我们还观察到氮源限制抑制了包括葡萄糖利用在内的碳代谢途径。基于这些新的观察结果和已发表文献中建立的代谢途径，我们提出了一个替代模型，即细胞对谷氨酸作为氮合成代谢的关键分子的需求是增殖细胞中谷氨酰胺分解的驱动力。我们的模型表明，Warburg效应可能是继发于氮合成代谢的代谢后果。

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数字

图1
图1
所有测试的细胞系都需要Gln进行增殖。细胞接种在补充有0或4 mM Gln的无Gln DMEM中。每2天分析一次细胞数，并显示平均值。显示了143B（A）、143B206（B）、Hep3B（C）和MCF7（D）细胞的代表性生长曲线。误差条表示SE≥4个重复。
图2
图2
所有测试的细胞系都需要葡萄糖来促进增殖。细胞接种在分别添加0或4.5 g/L Glc和5或10 mM Gln的无Gln DMEM中。每2天分析一次细胞数，并显示平均值。显示了Hep3B（A）、Hela（B）、MCF7（C）和143B（D）细胞的代表性生长曲线。误差条表示SE≥4个重复。
图3
图3
DM-α-KG的解救作用不是基于回补。细胞培养中使用增加浓度的DM-α-KG。显示了细胞数的平均值。误差条表示SE≥4个重复。（A） DM-α-KG对Hep3B细胞增殖的双相作用。（B） HeLa和Hep3B细胞中谷氨酰胺酶的蛋白质水平。将80µg总蛋白加载到SDS页面上。蛋白印迹法测定谷氨酰胺酶水平。α-微管蛋白作为负荷对照。（C） α-KG未能在无胶培养基中拯救HeLa细胞增殖。（D） 显示TCA循环主要回补代谢物的简化图。除α-KG外，琥珀酸和OAA也具有补体作用。（E和F）Hep3B细胞在补充1–8 mM二乙基-OAA或丁二酸二甲酯的无Gln-二甲基亚砜中的生长曲线。DMEM和完全DMEM（+Gln）分别作为对照。
图4
图4
替代氮源拯救Hep3B。（A） 与本研究相关的氮代谢途径。展示了谷氨酰胺分解和利用丙氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺和氨作为氮源的代谢途径。（B–D）Hep3B细胞在补充有4 mM Asns或Asp（B）、4 mM Ala（C）、0.8 mM氨水或4 mM Glu（D）的无Gln DMEM中的生长曲线。对于（B–D）细胞，接种在无Gln-的DMEM中作为对照。每2或3天分析一次细胞数，并显示平均值。（E） Hep3B细胞在不同浓度Glu中的剂量曲线。
图5
图5
α-KG、Ala和Asp的抢救效果取决于转氨作用。（A） Ala和α-KG的协同拯救作用。Hep3B细胞在添加DM-α-KG（2 mM）或DM-α-KG（2 mM）和Ala（4 mM）组合的无Gln-的DMEM中的生长曲线。细胞数的平均值用绘制的线表示。误差条表示SE≥4个重复。（B） 转氨酶抑制剂的存在削弱了α-KG的拯救作用。AOAA在0.1和0.2 mM下使用。数据表示与第4天正常培养基中的细胞数相比的细胞数百分比。正常培养基的细胞数设为100%。（C） HeLa细胞不能通过α-KG或替代氮源来挽救。（D） q-RT-PCR分析显示ALT1和AST1水平与抢救效果相关。（E） ALT1在HeLa细胞中的外源性表达。（F） ALT1与Ala和α-KG联合表达可拯救HeLa增殖。转染载体或ALT1表达质粒的HeLa细胞在无Gln培养基中培养7天。拍摄代表性图像（200×）。
图6
图6
谷氨酸缺乏触发氨基酸剥夺反应和对谷氨酸代谢重要的基因的适应性表达。（A） 氨基酸剥夺应激反应的生物标志物磷酸化-（Ser51）eIF2α的免疫印迹分析。检测到总eIF2α作为对照。（B） 谷氨酰胺耗竭上调参与氮代谢的基因。细胞在含有或不含Gln的培养基中培养48小时，并制备总RNA样品。实时RT-PCR分析主要氮代谢酶基因的mRNA水平。
图7
图7
建立在含氨培养基中生长的细胞系。（A） MM01和Hep3B（200×）的形态。（B） 氨足以支持Hep3B在无谷氨酰胺培养基中的长期增殖。Hep3B细胞接种在完整培养基（顶部三部分）中作为对照。将MM01细胞接种在无谷氨酰胺的培养基中，接种氨（中间三部分）。氨的排出抑制了增殖（三个底部部分）。所有显微照片均以100倍放大率拍摄。（C） MTT测定Hep3B和MM01的线粒体活性。（D） 编码参与Glu稳态的主要酶的基因的适应性表达。（E） 实时RT-PCR检测ALT1/2和Gln合成酶表达的变化。数据表明，生长在氨表达基因上的MM01促进了Ala（ALT2）和Gln（谷氨酰胺合成酶）合成的氮通量。
图8
图8
氮限制抑制了葡萄糖的利用。通过qRT-PCR测定葡萄糖利用相关基因的相对mRNA水平。以正常DMEM培养基中生长的Hep3B细胞为对照。（A） 用不含Gln的DMEM处理12小时的Hep3B细胞中的相对基因表达水平。（B） 在添加0.4 mM（NH）的无Gln-free DMEM中生长的MM01细胞的相对基因表达水平4)2所以4.HK2，己糖激酶2；PFK1，磷酸果糖激酶1；CS，柠檬酸合成酶；葡萄糖-6-磷酸脱氢酶；脂肪酸合成酶；ACACA，乙酰辅酶A羧化酶。
图9
图9
谷氨酰胺水解在增殖细胞氮合成代谢中的作用。（A） α-KG和Glu相互转化在氮代谢中的核心作用。细胞质中α-KG和Glu之间的相互转化提供了一种机制，可以从过量的氨基酸中收集氨基酸并重新分配它们以按需生产氨基酸。充足的细胞质α-KG和Glu库对这一功能至关重要。在增殖细胞中，Glu被积极地用于生物合成。由于细胞表面转运蛋白的能力限制了谷氨酸的吸收，细胞层葡萄糖酸的损失主要由谷氨酰胺水解补充。过量的氨基酸可能会补充谷氨酸库，这取决于转氨酶活性。过量的α-KG抑制从Glu到其他α-KA的转氨作用，损害所需氨基酸的生物合成。（B） 谷氨酰胺分解和Gln-Glu/Asp交换模型。当Gln可用时，Gln进入线粒体并水解为Glu。除了被Krebs循环消耗外，线粒体Glu还可以输出到外部以维持细胞质Glu-α-KG库的内稳态，或用于生成Asp以供输出。（C） 特定细胞类型的氨循环用于氮合成代谢。当谷氨酰胺缺乏时，某些类型的细胞可能会使用氨（在培养基中或从氨基酸（如Asn）的分解代谢中）来合成谷氨酸。该途径取决于GLUD活性。α-KA，α-酮酸；α-AA，α-氨基酸。
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    1. Warburg O。关于癌细胞的起源。科学。1956;123:309–314.-公共医学
    1. Klinberg VS，McClellan JL，Organ CH.，Jr荣誉讲座。谷氨酰胺、癌症及其治疗。《美国外科杂志》，1996年；172:418–424.-公共医学
    1. Pavlides S、Whitaker-Menezes D、Castello-Cros R、Flomenberg N、Witkiewicz AK、Frank PG等。反向Warburg效应：肿瘤相关成纤维细胞和肿瘤基质中的需氧糖酵解。细胞周期。2009;8:3984–4001.-公共医学
    1. 麦地那MA。谷氨酰胺与癌症。营养学杂志。2001;131:2539–2542.-公共医学
    1. 苏巴WW。谷氨酰胺与癌症。《外科年鉴》1993；218:715–728.-项目管理咨询公司-公共医学

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