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.2012年10月1日；11(19):3679-90.
doi:10.4161/cc.21944。 Epub 2012年8月30日。

谷氨酰胺耗竭和葡萄糖耗竭通过独特的基因表达重编程触发生长抑制

朔琦 1, 梁东明, 尹承乾, 顾伟亭, 蒙蒙, 王晨光同学, 念力桑
附属公司

谷氨酰胺缺乏和葡萄糖缺乏通过独特的基因表达重组触发生长抑制

朔琦等。 细胞周期. .

摘要

谷氨酰胺（Gln）和葡萄糖（Glc）是增殖细胞的两种重要营养素，这与致癌过程与糖酵解和谷氨酰胺分解增强有关的观察结果一致。研究表明，谷氨酰胺缺乏和谷氨酸缺乏会触发生长停滞，最终导致细胞死亡。实体肿瘤往往超出血液供应，导致缺血，这与缺氧和营养不足有关。虽然对缺氧的氧感受和适应机制已经进行了深入研究，但细胞如何直接感受和响应Gln和Glc不足仍不清楚。利用mRNA分析技术，我们比较了急性Gln缺失细胞、Glc缺失细胞和适应Gln缺失的细胞的基因表达谱。在这里，我们报告了在规定的营养条件下培养的细胞中基因表达的整体变化。对mRNA分析数据的分析表明，Gln和Glc缺失触发了显著的基因表达重编程。Gln或Glc缺失都会导致细胞周期基因表达的改变，但这些条件对转录调节器和基因表达谱有独特的影响。此外，Gln和Glc耗竭触发了可区分的ER应激反应。基因表达模式支持Gln和Glc在支持细胞生存和增殖方面具有独特的代谢作用，细胞使用不同的机制来感知和应对Gln和Glc不足。我们的mRNA图谱数据库为进一步研究Glc和Gln丰度对细胞生物学行为的营养敏感机制和潜在影响提供了资源。

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数字

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图1。不同处理对Hep3B细胞基因表达的影响。（A） Gln-或Glc-缺失Hep3B和MM01细胞中基因表达模式的热图。（B） 通过mRNA分析确定的代表性基因上调的验证。TaqMan引物购自Invitrogen。通过qRT-PCR测定mRNA水平。从完整培养基中培养的Hep3B细胞中分离的RNA样品用作对照，对照中的mRNA水平任意定义为1。显示了Gln缺失细胞中mRNA的相对水平。对于每个样本和测试基因，进行三次qRT-PCR，并指示标准偏差。所有数据均具有统计学意义（p<0.001）。
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图2。Gln缺失和Glc缺失会改变基因表达。使用在完整培养基中培养的Hep3B（A–D）RNA样本作为对照。对于Glc消耗，log2比率>1（上调）或<-1.0（下调）用作截止值2比率>2.0（上调）或<-2.0（下调）被设置为截止值。我们注意到，只有一小部分基因在两种情况下上调，或在两种条件下下调。（E） 细胞周期调节因子在Gln-和Glc-缺失细胞中的表达。用IPA分析基因表达。根据既定标准和算法计算各组细胞周期调节器重编程的P值，并以对数表示为x轴。我们的数据表明，在两种营养条件下，细胞周期蛋白和细胞周期调节因子的表达都发生了显著变化。特别是，Gln缺失显著改变了调节G的基因的表达谱2/M和G1/S检查点和Glc耗竭主要导致G调节基因的重编程1/S检查点。
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图3。MM01细胞的基因表达和细胞周期调控。与急性谷氨酰胺缺乏细胞相比，MM01细胞已适应无谷氨酰胺培养基。（A） MM01中上调的基因及其在急性谷氨酰胺缺乏细胞中的表达状态。在MM01细胞中，292个基因被鉴定为上调（log2比率>1.0）。其中166例在急性谷氨酰胺缺乏细胞中上调，43例下调。（B） 急性Gln-缺失Hep3B和MM01细胞中细胞周期调节因子的功能分析。在急性谷氨酰胺缺乏细胞中，所有四组细胞周期调节基因均被显著重新编程（给出了-log p值）。另一方面，相同的基因组没有受到显著影响。注意G的一些调节因子的表达水平1/MM01中的S检查点受到影响，但总体而言，这组基因的变化在统计学上仍不显著（p=0.084）。（C） MM01细胞中选定基因上调的验证。通过微阵列分析确定为上调的代表性基因被挑选出来进行进一步验证。通过qRT-PCR测定mRNA水平。从完整培养基中培养的Hep3B细胞分离的RNA样品用作对照，对照样品中的mRNA水平任意定义为1。
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图4。Gln-和Glc-缺失细胞下ER应激信号通路的状态。通过IPA产生ER应激信号通路的变化。据报道，三种转录因子ATF4、ATF6和XBP1在ER应激反应中起关键作用。PERK的激活导致eIF2α磷酸化，从而翻译激活ATF4。内质网应激也激活IRE1，促进XBP1 RNA的剪接；红色填充激活；分析的数据集中未涵盖的绿色填充抑制因子和非填充因子。（A） 谷氨酰胺缺乏细胞中ER应激信号通路的功能状态。（B） Glc-缺失细胞中ER应激信号通路的功能状态。
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图5。Glc和Gln在细胞增殖中的不同代谢作用。Glc的利用为细胞提供ATP、NADPH和碳代谢物，满足合成代谢活动对能量、还原力和碳骨架的主要需求。Gln是合成Asn和核苷酸的底物。它还充当Glu的前体，Glu不能被细胞有效地摄取。谷氨酸是氮储存和再分配的中心枢纽，其他氨基酸的氨基酸基团可以转移到α-KG形成谷氨酸。另一方面，谷氨酸在其他非必需氨基酸的生物合成中充当氨基酸基团的主要供体。此外，谷氨酸还用作合成蛋白质、核苷酸、谷胱甘肽、多胺和其他含氮分子的底物。保持较高的细胞内谷氨酸浓度对细胞吸收其他营养物质也很重要；例如，谷氨酸沿浓度梯度释放，为细胞吸收胱氨酸提供能量。最后，Gln或Glu的碳骨架可能最终被细胞用作碳源。Gln和Glc的利用共同促进含氮生物分子的生物合成。
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