Hypoxic regulation of glutamine metabolism through HIF1 and SIAH2 supports lipid synthesis that is necessary for tumor growth

doi:10.1016/j.cmet.2013.11.022

.2014年2月4日；19(2):285-92.

doi:10.1016/j.cmet.2013.11.022。

通过HIF1和SIAH2对谷氨酰胺代谢的低氧调节支持肿瘤生长所必需的脂质合成

Ramon C Sun公司¹, 尼古拉斯·C·登科²

附属公司

¹美国俄亥俄州哥伦布市俄亥俄州立大学韦克斯纳医学院詹姆斯癌症医院和综合癌症中心放射肿瘤学系，邮编：43210。
²美国俄亥俄州哥伦布市俄亥俄州立大学韦克斯纳医学院詹姆斯癌症医院和综合癌症中心放射肿瘤学系，俄亥俄州43210，电子地址：nicholas.denko@osumc.edu。

PMID： 24506869
预防性维修识别码：项目经理3920584
内政部： 2016年10月10日/j.cmet.2013.11.022

通过HIF1和SIAH2对谷氨酰胺代谢的低氧调节支持肿瘤生长所必需的脂质合成

Ramon C太阳等。单元格元. 2014.

.2014年2月4日；19(2):285-92.

doi:10.1016/j.cmet.2013.11.022。

作者

Ramon C Sun公司¹, 尼古拉斯·C·登科²

附属公司

¹美国俄亥俄州哥伦布市俄亥俄州立大学韦克斯纳医学院詹姆斯癌症医院和综合癌症中心放射肿瘤学系，邮编：43210。
²美国俄亥俄州哥伦布市俄亥俄州立大学韦克斯纳医学院詹姆斯癌症医院和综合癌症中心放射肿瘤学系，俄亥俄州43210，电子地址：nicholas.denko@osumc.edu。

PMID： 24506869
预防性维修识别码：项目经理3920584
内政部： 2016年10月10日/j.cmet.2013.11.022

摘要

最近的报告发现了一种现象，缺氧使谷氨酰胺代谢从氧化转变为还原羧基化。我们现在确定了HIF-1激活导致关键线粒体酶复合物α酮戊二酸脱氢酶（αKGDH）活性显著降低的机制。HIF-1激活促进α-KGDH复合物（OGDH2）E1亚单位的48 kDa剪接变异体的SIAH2靶向泛素化和蛋白水解。敲除SIAH2或OGDH2（336KA）上泛素化赖氨酸残基的突变可逆转αKGDH活性的低氧下降，刺激谷氨酰胺氧化，并减少谷氨酰胺依赖的脂质合成。表达336KA OGDH2的细胞需要外源性脂质或柠檬酸盐才能在体外缺氧条件下生长，并且在免疫缺陷小鼠中无法作为模型肿瘤生长。缺氧线粒体功能的逆转可能为开发以肿瘤代谢为靶点的新一代抗癌药物提供靶点。

PubMed免责声明

数字

**图1。缺氧下调谷氨酰胺氧化，另见图S1**
A组：对照组和DMOG处理的SAS细胞（500μM 16h）的线粒体耗氧量（OCR）。在不含血清、仅含5 mM葡萄糖或仅含2 mM谷氨酰胺或两者皆含的基础DMEM中测量OCR。B组：VHL缺乏的RCC4（组成性活性HIF1）和重新引入VHL的RCC4-细胞的OCR，按A组处理。C组：空白载体SAS或ShHIF1αSAS的OCR。D组：对照条件下SAS、RCC4和RCC4-VHL细胞的丙酮酸脱氢酶J（PDH）酶活性，或0.5%氧气16小时后，或500μM DMOG后。组E.SAS、RCC4和RCC4-VHL细胞中的αKGDH酶活性，如D所示。组F ShHIF1αSAS细胞中的PDH活性，如D.所示。

**图2。SIAH2 E3连接酶负责HIF1稳定后OGDH2蛋白降解，另见图S2**
A组：对照组SAS蛋白提取物的Western blot，0.5%O₂条件和0.5%的O₂如图所示，使用10μM MG132、50μM VitK3或10μM DUBI和MG132。B组：经500μM DMOG或DMOG与10μM MG132或50μM VitK3联合处理的SAS细胞中的αKGDH活性。C组。对SAS、RCC4和RCC4-VHL细胞中的指示蛋白进行Western blot分析，包括在常氧或16h 0.5%氧气中培养的ShRNA-SIAH2细胞和不含ShRNA-SI AH2细胞。对照组和ShRNA-SIAH2 SAS、RCC4和RCC4-VHL细胞±16小时500μM DMOG中的D组αKGDH活性。图E.对照和ShRNASIAH2 SAS、RCC4和RCC4-VHL细胞中的线粒体OCR在仅含谷氨酰胺的基础无血清培养基中测量16h±500μM DMOG。b、d和e的数据是两个独立的实验，一式三份±S.d。

**图3。低氧耐受性α-KGDH活性与肿瘤生长不相容，见图S3和表S1**
面板A.OGDH的不同拼接变体。OGDH 1/3的氨基酸位置153–169除外（由). OGDH2在aa 403之前与OGDH1相同。B组：稳定表达空载体Flag-WT OGDH2和Flag-336KA OGDH 2的SAS细胞裂解物的Western blot，暴露于常氧或0.5%氧气中16h。如图所示，检测裂解液中的蛋白质。注意，抗Flag和抗OGDH2抗体均表明OGDH2 336KA对缺氧降解具有抵抗力。C组：B中描述的SAS细胞系中的αKGDH活性，用对照、16h 500μM DMOG或0.5%氧气处理。图D：B中描述的SAS细胞系的线粒体OCR，用对照、500μM DMOG或0.5%氧气处理，并在仅含谷氨酰胺的培养基中进行测量。小组E.裸鼠体内生长的表达空载体OGDH-WT和OGDH-336KA的SAS细胞的肿瘤体积（n=8-10/组）。所有三组之间都存在显著的统计增长差异。小组F.如E所述，对生长后获得的肿瘤裂解物进行Western blot分析。注意，随着肿瘤生长速度变慢，增殖标记物减少。c和d的数据为平均值±S.d，肿瘤体积为平均值？S.E。

公式图像 — **图3。低氧耐受性α-KGDH活性与肿瘤生长不相容，见图S3和表S1**
面板A.OGDH的不同拼接变体。OGDH 1/3的氨基酸位置153–169除外（由). OGDH2在aa 403之前与OGDH1相同。B组：稳定表达空载体Flag-WT OGDH2和Flag-336KA OGDH 2的SAS细胞裂解物的Western blot，暴露于常氧或0.5%氧气中16h。如图所示，检测裂解液中的蛋白质。注意，抗Flag和抗OGDH2抗体均表明OGDH2 336KA对缺氧降解具有抵抗力。C组：B中描述的SAS细胞系中的αKGDH活性，用对照、16h 500μM DMOG或0.5%氧气处理。图D：B中描述的SAS细胞系的线粒体OCR，用对照、500μM DMOG或0.5%氧气处理，并在仅含谷氨酰胺的培养基中进行测量。小组E.裸鼠体内生长的表达空载体OGDH-WT和OGDH-336KA的SAS细胞的肿瘤体积（n=8-10/组）。所有三组之间都存在显著的统计增长差异。小组F.如E所述，对生长后获得的肿瘤裂解物进行Western blot分析。注意，随着肿瘤生长速度变慢，增殖标记物减少。c和d的数据为平均值±S.d，肿瘤体积为平均值？S.E。

**图4。OGDH 336KA通过减少谷氨酰胺衍生脂质的产生来抑制缺氧条件下的细胞生长，另见图S4**
A组：SAS、RCC4和RCC4VHL细胞在指定培养基中培养72小时后的相对低氧增殖，以正常生长的百分比表示。缺氧生长需要谷氨酰胺（2mM）或谷氨酰胺衍生物αKG（2mM，柠檬酸盐）。B组从0.5μCi的1h脉冲中获得的己烷可溶脂质¹⁴表达空载体或OGDH2-336KA的SAS细胞中的C-谷氨酰胺，在常氧或缺氧条件下生长16h。面板C.源自0.5μCi的1h脉冲的己烷可溶性脂质¹⁴如B组D所述，SAS细胞中的C-葡萄糖。表达空载体或OGDH2-336KA的SAS细胞在添加2mM柠檬酸盐或2mMαKG的基础含谷氨酰胺培养基和10%炭化血清中72小时后的相对缺氧增殖。注意，WT细胞在谷氨酰胺的作用下有最大的缺氧增殖，但表达336KA OGDH2的细胞需要柠檬酸盐。第E组D中描述的SAS细胞在含有10%炭化血清的基础培养基中的相对缺氧增殖。补充可吸收溶血磷脂可缓解WT OGDH2细胞的谷氨酰胺依赖性和336KA OGDH表达细胞的柠檬酸依赖性。面板A–E的数据表示平均值+/-S.D.面板F。一个模型说明了OGDH2的低氧降解如何将αKG的命运从能量生产转移到脂质生产。

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