Amino Acids Rather than Glucose Account for the Majority of Cell Mass in Proliferating Mammalian Cells

doi:10.1016/j.devcel.2016.02.012

。2016年3月7日；36(5):540-9.

doi:10.1016/j.devcel.2016.02.012。

在增殖的哺乳动物细胞中，氨基酸而不是葡萄糖占细胞质量的大部分

Aaron M Hosios公司¹, 薇薇安·C·赫克特², 劳拉·V·达奈¹, 马克·奥约翰逊^三, 杰弗里·拉思梅尔^三, 马修·斯坦豪泽⁴, 斯科特·马纳利斯², 马修·范德海登⁵

附属公司

¹科赫癌症综合研究所，麻省理工学院，剑桥，马萨诸塞州02139，美国；麻省理工学院生物系，美国马萨诸塞州坎布里奇02139。
²科赫癌症综合研究所，麻省理工学院，剑桥，马萨诸塞州02139，美国；麻省理工学院生物工程系，美国马萨诸塞州坎布里奇02139。
^三美国田纳西州纳什维尔范德比尔特大学医学中心病理学、微生物学和免疫学系，邮编37232。
⁴美国马萨诸塞州波士顿市布里格姆女子医院医学部遗传科，邮编02115；美国马萨诸塞州波士顿市百翰女子医院内科心血管内科；哈佛医学院，美国马萨诸塞州波士顿02115。
⁵科赫癌症综合研究所，麻省理工学院，剑桥，马萨诸塞州02139，美国；麻省理工学院生物系，剑桥，马萨诸塞州02139，美国；美国马萨诸塞州波士顿达纳-法伯癌症研究所肿瘤内科，邮编02115。电子地址：mvh@mit.edu。

PMID： 26954548
预防性维修识别码：项目经理4766004
内政部： 2016年10月10日/j.devcel.2016.02.012

氨基酸而非葡萄糖在哺乳动物增殖细胞中占大多数细胞质量

亚伦·M·霍西奥斯等。开发人员单元格。 2016。

。2016年3月7日；36（5）:540-9。

doi:10.1016/j.devcel.2016.02.012。

作者

亚伦·M·霍西奥斯¹, 薇薇安·C·赫克特², 劳拉·V·达奈¹, 马克·奥约翰逊^三, 杰弗里·拉思梅尔^三, 马修·斯坦豪泽⁴, 斯科特·马纳利斯², 马修·范德海登⁵

附属公司

¹科赫癌症综合研究所，麻省理工学院，剑桥，马萨诸塞州02139，美国；麻省理工学院生物系，美国马萨诸塞州坎布里奇02139。
²科赫癌症综合研究所，麻省理工学院，剑桥，马萨诸塞州02139，美国；麻省理工学院生物工程系，美国马萨诸塞州坎布里奇02139。
^三美国田纳西州纳什维尔范德比尔特大学医学中心病理学、微生物学和免疫学系，邮编37232。
⁴美国马萨诸塞州波士顿市布里格姆女子医院医学部遗传科，邮编02115；美国马萨诸塞州波士顿市百翰女子医院内科心血管内科；哈佛医学院，美国马萨诸塞州波士顿02115。
⁵科赫癌症综合研究所，麻省理工学院，剑桥，马萨诸塞州02139，美国；麻省理工学院生物系，剑桥，马萨诸塞州02139，美国；美国马萨诸塞州波士顿达纳-法伯癌症研究所肿瘤内科，邮编02115。电子地址：mvh@mit.edu。

PMID： 26954548
预防性维修识别码：项目经理4766004
内政部： 2016年10月10日/j.devcel.2016.02.012

摘要

细胞必须复制其质量才能增殖。葡萄糖和谷氨酰胺是哺乳动物细胞增殖所消耗的主要营养素，但这些营养素和其他营养素对细胞质量的贡献程度尚不清楚。我们量化了来自不同营养素的细胞质量分数，发现细胞中的大部分碳质量来自其他氨基酸，这些氨基酸的消耗率远低于葡萄糖和谷氨酰胺。虽然葡萄糖碳的命运多种多样，但谷氨酰胺对蛋白质的贡献最大，这表明谷氨酰胺补充三羧酸循环中间体（无补）的能力主要用于氨基酸生物合成。这些研究结果表明，营养物质的消耗速率与物质积累间接相关，并表明葡萄糖和谷氨酰胺的高消耗速率除了为生物合成提供碳外，还支持细胞的快速增殖。

PubMed免责声明

数字

**图1。培养中快速增殖的哺乳动物细胞消耗的葡萄糖和谷氨酰胺超过了其他营养素**
H1299和A549细胞对葡萄糖、乳酸和氨基酸的消耗和排泄率。营养素按其通量的绝对大小降序排列。每个条形代表N=3复制的线性拟合斜率，±标准误差。氨基酸使用标准的三字母缩写；Glc，葡萄糖；乳酸。

**图2。在增殖的哺乳动物细胞中，葡萄糖和谷氨酰胺都不占碳的大部分**
（A）H1299和（B）A549癌细胞中由碳组成的细胞干质量分数超过了葡萄糖或谷氨酰胺标记的细胞质量分数。（C）在SK1原营养酵母中，葡萄糖作为唯一碳源标记的细胞质量分数等于由碳组成的细胞质量的分数。（D）葡萄糖和谷氨酰胺对细胞质量的贡献在哺乳动物细胞中相似。（E）活化的原代小鼠T细胞中由葡萄糖或谷氨酰胺衍生的细胞碳部分。每个条形代表N=3个重复的平均值，±S。D。

**图3。氨基酸对哺乳动物细胞的增殖起主要作用**
（A）丝氨酸和缬氨酸碳分别占哺乳动物细胞干质量的2-4%。（B） 15种氨基酸的混合液可以标记哺乳动物细胞增殖中的大多数细胞碳。通过在改良RPMI（表S2，图S3A）中用[U培养细胞来测定氨基酸质量贡献-¹⁴C] -氨基酸。还列出了D中测定的葡萄糖和谷氨酰胺的质量贡献，以供比较。（C）由谷氨酰胺α-和酰胺氮原子衍生的细胞氮部分。（D）醋酸盐碳对电池质量的贡献较小，其净贡献取决于醋酸盐浓度。（E）加入[U测定血清棕榈酸酯对细胞质量的贡献-¹⁴C] -棕榈酸酯。每个条形代表N=3个重复的平均值，±S。D。

**图4。碳对非增殖细胞质量的贡献**
使用碳-14示踪剂，从葡萄糖（Glc）、谷氨酰胺（Gln）、丝氨酸（Ser）和缬氨酸（Val）中提取的碳被追踪到以下细胞团中：（A）增殖的人类乳腺上皮细胞（HMEC），（B）抑制的HMEC，（C）原代肝细胞，（D）增殖的C2C12成肌细胞，（E）分化的C2C11心肌细胞，（F）增殖的3T3-L1成纤维细胞，以及（G）3T3-L1分化为脂肪细胞。碳在增殖细胞中的掺入呈稳定状态，而在非增殖细胞中随着时间的推移而掺入。每个条代表N=3次重复的平均值，±S。D。

**图5。葡萄糖、谷氨酰胺和其他氨基酸具有不同的生物合成命运**
（A）图中显示了根据不同溶解度将细胞分为不同大分子类别的方案。未从水相沉淀的物质称为极性部分，未从有机相沉淀的材料称为非极性部分。（B）从HEK293细胞中独立合成和纯化放射性大分子，然后用于评估（A）中方案产生的组分的产率和纯度。（C）从HEK293细胞中提取来自不同营养物质的放射性小分子，并用于评估（A）中方案产生的极性部分的产量和纯度。（D和E）测定了（D）葡萄糖、谷氨酰胺、丝氨酸和缬氨酸以及（E）外源性棕榈酸酯对H1299、A549和A172细胞不同大分子组分的相对贡献。每个条形代表N=3个重复的平均值，±S。D。

**图6。当缺乏非必需营养素时，葡萄糖-碳在细胞质量中的结合增加**
在含有正常血清或脱脂血清的RPMI 1640（A）中生长的H1299和A549细胞中葡萄糖和谷氨酰胺的掺入和利用；（B）含或不含丝氨酸和甘氨酸；或（C）含或不含天冬酰胺、天冬氨酸、脯氨酸和谷氨酸。每个条形代表N=3个重复的平均值，±S。D。

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你吃什么就是什么。。。还是你？
Tanner JM、Rutter J。 Tanner JM等人。开发单元。2016年3月7日；36(5):483-5. doi:10.1016/j.devcel.2016.02.021。开发单元。2016 PMID：26954542

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1. Bailey JM、Howard BV、Dunbar LM、Tillman SF。培养细胞脂质代谢的控制。脂质。1972;7:125–134.-公共医学
1. Bonarius HP、Hatzimanikatis V、Meesters KP、de Gooijer CD、Schmid G、Tramper J.使用质量平衡对不同培养基中杂交瘤细胞的代谢通量分析。生物技术和生物工程，1996年；50:299–318.-公共医学
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