Targeting glutamine metabolism sensitizes pancreatic cancer to PARP-driven metabolic catastrophe induced by ß-lapachone

doi:10.1186/s40170-015-0137-1

。2015年10月12日3:12。

doi:10.1186/s40170-015-0137-1。 2015年电子收集。

靶向谷氨酰胺代谢使胰腺癌对拉帕松诱导的PARP驱动的代谢突变敏感

附属公司

¹德克萨斯大学西南医学中心药理学系，美国德克萨斯州达拉斯森林公园大道6001号，75390-8807；美国德克萨斯州达拉斯德克萨斯大学西南医学中心放射肿瘤学。
²美国德克萨斯州达拉斯德克萨斯大学西南医学中心放射肿瘤学。
^三美国德克萨斯州达拉斯市德克萨斯大学西南医学中心西蒙斯综合癌症中心Touchstone糖尿病中心。
⁴Weill Cornell医学院内科，地址：413 East 69th Street，BB-1362，New York，NY 10021 USA。
⁵美国德克萨斯州达拉斯哈里·海恩斯大道5323号犹他州西南医学中心临床科学生物信息学和生物统计学系，邮编75390。
⁶美国纽约州纽约市BB-1362东69街413号威尔康奈尔医学院医学系，邮编：10021。
⁷儿童医学中心研究所，UT西南医学中心，5323 Harry Hines Blvd，Dallas，TX 75390 USA。
⁸美国马萨诸塞州波士顿达纳-法伯癌症研究所基因组稳定性和DNA修复科放射肿瘤学系，邮编02215。
⁹密歇根大学分子与综合生理学系，美国密歇根州安娜堡48109；美国密歇根州安阿伯市密歇根大学消化科内科，邮编：48109。

PMID： 26462257
预防性维修识别码： PMC4601138型
内政部： 10.1186/s40170-015-0137-1

靶向谷氨酰胺代谢使胰腺癌对拉帕松诱导的PARP驱动的代谢突变敏感

高拉布·查克拉巴蒂等人。癌症Metab。 2015。

。2015年10月12日3:12。

doi:10.1186/s40170-015-0137-1。 2015年电子收集。

附属公司

¹德克萨斯大学西南医学中心药理学系，美国德克萨斯州达拉斯森林公园大道6001号，75390-8807；美国德克萨斯州达拉斯德克萨斯大学西南医学中心放射肿瘤学。
²美国德克萨斯州达拉斯德克萨斯大学西南医学中心放射肿瘤学。
^三美国德克萨斯州达拉斯市德克萨斯大学西南医学中心西蒙斯综合癌症中心Touchstone糖尿病中心。
⁴Weill Cornell医学院内科，地址：413 East 69th Street，BB-1362，New York，NY 10021 USA。
⁵美国德克萨斯州达拉斯哈里·海恩斯大道5323号犹他州西南医学中心临床科学生物信息学和生物统计学系，邮编75390。
⁶威尔康奈尔医学院医学系，413 East 69th Street，BB-1362，New York，NY 10021 USA。
⁷美国德克萨斯州达拉斯哈里·海恩斯大道5323号犹他州西南医学中心儿童医学中心研究所，邮编75390。
⁸美国马萨诸塞州波士顿达纳-法伯癌症研究所基因组稳定性和DNA修复科放射肿瘤学系，邮编02215。
⁹密歇根大学分子与综合生理学系，美国密歇根州安娜堡48109；美国密歇根州安阿伯市密歇根大学消化科内科，邮编：48109。

PMID： 26462257
预防性维修识别码： PMC4601138型
内政部： 10.1186/s40170-015-0137-1

摘要

背景：胰腺导管腺癌（PDA）激活细胞溶质烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）生成的谷氨酰胺依赖性途径，以维持氧化还原平衡并支持增殖。PDA中参与此途径的酶（GLS1（线粒体谷氨酰胺酶1）、GOT1（细胞质谷氨酸草酰乙酸转氨酶1）和GOT2（线粒体谷草转氨酶2））高度上调，其中GLS1抑制剂最近在临床试验中被部署用于靶向合成代谢谷氨酰胺代谢。然而，这种途径的单药抑制是细胞抑制性的，不太可能在控制晚期疾病方面提供持久的益处。

结果：在这里，我们报告了通过基因或药物（双-2-（5-苯基乙酰氨基-1,2,4-噻二唑-2-基）乙基硫醚（BPTES）或CB-839）抑制突变型Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因同源物（KRAS）PDA中谷氨酰胺代谢来减少NADPH库，PDA使细胞系和肿瘤对拉帕酮（拉帕酮，临床形式ARQ761）敏感。ß-Lap是一种NADPH:醌氧化还原酶（NQO1）-一种生物活性药物，通过药物无效氧化还原循环产生的高水平活性氧物种（ROS）导致NADPH耗竭，随后通过多（ADP核糖）聚合酶（PARP）过度激活导致烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）+耗竭。NQO1的表达被突变的KRAS信号高度激活。因此，在突变型KRAS中，ß-lap治疗与谷氨酰胺代谢抑制同时进行，NQO1过度表达PDA导致大量氧化还原失衡，广泛DNA损伤，PARP介导的NAD+快速消耗，以及在NQO1-低野生型KRAS表达细胞中未观察到的PDA细胞死亡特征。

结论：该治疗策略证明了以下原理：同时降低谷氨酰胺代谢依赖性肿瘤抗氧化防御和诱导超生理活性氧的形成是杀瘤的，并且这种合理设计的组合策略降低了体外和体内两种药物的所需剂量。GLS1抑制剂和ß-lap对PDA肿瘤的非重叠特异性提供了较高的肿瘤选择性，同时保留了正常组织。

关键词：谷氨酰胺代谢；代谢性肿瘤治疗；NQO1-生物活性药物；转授权。

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数字

图1
谷氨酰胺代谢基因在PDA中上调。一PDA中谷氨酰胺的利用途径。*天冬氨酸*天冬氨酸，*GSR公司*谷胱甘肽二硫化物还原酶。b *NQO1号机组*PDA患者肿瘤组织中谷氨酰胺代谢酶与17种其他癌症类型的比较(*中央立柱*“其他”癌症包括实体和血液恶性肿瘤）和PDA与正常胰腺组织(*最右边的列*). 数据来自Oncomine(网址：www.oncomine.org).c（c）根据高低分组的45例PDA患者的多重比较校正Kaplan-Meier生存曲线*GOT1:胶水1*使用PROGgene网络工具评估表达(http://watson.combio.iupui.edu/chirayu/proggene/database/？url=proggene)

图2
抑制谷氨酰胺代谢使PDA对ß-lap敏感。一贫谷氨酰胺的MiaPaCa2细胞的集落形成测定16小时，然后用ß-lap处理2小时。*第页 < 0.01*在3μM和*第页 < 0.0001*4μM。b–如果在ASPC1、MPanc96、HPAFII、SW1990和DAN-G PDA细胞系中进行剂量范围为ß-lap的谷氨酰胺剥夺实验。克MiaPaCa2细胞的ß-lap剂量反应*GLS1级*。小时用于*GLS1级*,*ME1公司*,*GOT1公司*、和*总账1*使用siRNA在MiaPaCa2细胞系中敲除48小时后。我的相对存活率*GOT1公司*,*GLS1级*,*总账1*、和*ME1公司*用2.5μMß-lap处理MiaPaCa2敲除细胞2小时。j,k个 *GLS1级*在MiaPaCa2中被击倒，然后添加3 mM草酰乙酸（OAA）或3 mM苹果酸二甲酯24小时，然后用2.5μMß-lap进行2小时处理。*相对存活率*表示治疗48 h后CellTiter-Glo存活率分析的平均值，绘制为治疗/对照百分比（T/C），±SE（来自六倍样本）。使用Student的t吨测试。*第页 < 0.05; **第页 < 0.01；***第页 < 0.001;****第页 < 0.0001

图3
*GLS1级*BPTES的抑制使PDA对*NQO1号机组*-依赖方式。一预处理MiaPaCa2的克隆存活试验 ± 500 nM BPTES持续48小时，然后添加ß-lap±50μM持续2小时。数据代表生存手段 ± SE来自四份样品。b用100μM的*总账1*抑制剂EGCG持续48小时，然后进行2-hß-圈剂量反应。相对细胞活力表示在ß-lap处理后48小时CellTiter-Glo存活测定的平均值，绘制为处理/对照的百分比（T/C） ± SE来自六份样品。**c（c）**正常肺成纤维细胞系IMR90的克隆形成存活试验，用±500 nM BPTES预处理48 h，然后进行2 h的重叠处理。数据代表生存手段 ± SE来自四份样品。d日MiaPaCa2、ASPC1和HPAFII PDA细胞系用 ± 500 nM BPTES持续48小时，3 mM草酰乙酸（OAA）或3 mM苹果酸二甲酯持续24小时，2.5μMß-lap持续2小时。相对细胞活力表示处理后48小时CellTiter-Glo存活测定的平均值，以百分比（T/C）表示 ± SE来自六份样品。**e（电子）**各种癌症细胞系预先用 ± 500 nM BPTES（亚生长抑制）48小时，然后添加2.5μMß-lap 2小时。突变（mt）*KRAS公司*行：A549非小细胞肺(*NSCL公司*)、PL45掌上电脑、，*NQO1号机组*表达S2-013(*S2系列+*)个人数字助理，*NQO1号机组*表达MDA-MB-231(*231+*)三阴性乳腺，H2122 NSCL，*NQO1号机组*-S2-013缺陷(*S2负极*)PDA和*NQO1号机组*MDA-MB-231缺陷(*231−*)三阴性乳腺癌细胞。野生型（wt）*KRAS公司*线：*Hs766T型*个人数字助理，*BxPC3型*个人数字助理，*MCF7型*乳房，以及*NQO1+H596型*NSCL和*H661型*NSCL癌细胞系

图4
*GLS1级*抑制作用降低了抗氧化防御能力，并增加了对ß-lap诱导的DNA损伤的易感性。一用BPTES预处理48 h（500 nM），然后用ßlap处理2 h的MiaPaCa2细胞中NADP+与NADPH的相对比值。治疗2小时后立即测量NADP+和NADPH水平。b相对细胞外H₂O（运行）₂通过4μMß-lap介质的发光分析进行测量 ± DIC，±BPTES处理MiaPaCa2超过120分钟，±SE来自六份样品。**c（c）**预处理MiaPaCa2的克隆存活率 ± 500 nM BPTES持续48小时，然后添加ß-lap用于不同的培养时间。数据代表生存手段 ± SE来自四份样品。d日用±500 nM BPTES和±GSH还原乙酯预处理MiaPaCa2、ASPC1、HPAFII和MPanc96 48 h，然后添加ßlap 2 h。**e（电子）**,如果用±500 nM BPTES预处理的ASPC1 PDA细胞系进行碱性彗星试验，然后进行2 h的ß-lap。克MiaPaCa2治疗24小时后平均53BP1病灶。小时用Western blot检测15分钟ß-lap暴露后经指示处理的PAR形成。我治疗2小时后，不同剂量的ß-lap的相对NAD+水平±BPTES。使用Student的t吨测试。*第页 < 0.05;**对 < 0.01;***第页 < 0.001

图5
*GLS1级*抑制使胰腺癌在体内对ß-lap敏感。一用1μM CB-839预处理MiaPaCa2和ASPC1细胞48小时，然后进行2小时的ß-重叠剂量反应。b裸鼠体内由MiaPaCa2细胞生长的皮下肿瘤体积可以达到100 mm^三之后，每隔一天用载体（HPßCD，n个 = 6），次有效剂量的CB-839（口服灌胃，200mg/kg，每日两次，连续10天，n个 = 8），低效剂量的ß-lap（IV，25 mg/kg，n个 = 8）或次有效剂量的CB-839和ß-lap(n个 = 10）总共五剂(箭头). 监测肿瘤生长直至肿瘤达到1000mm^三。*误差线*，扫描电镜。**c（c）**以Kaplan–Meier图表示的荷瘤小鼠的存活率。当肿瘤达到1000毫米时，将小鼠处死^三.采用对数-秩检验对趋势进行统计分析。d日用ß-lap治疗30分钟后收获的一组肿瘤的PAR和γH2AX的蛋白质印迹 ± CB-839（4天治疗），n个 = 每组3个肿瘤，剂量同上。**e（电子）**治疗组的相对GSH/GSSG比率标准化为肿瘤蛋白微克。除非另有说明，所有结果均使用Student’st吨测试。*第页 < 0.05;**对 < 0.01;***第页 < 0.001

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