本文選題：戊糖磷酸途徑 + 葡萄糖-6-磷酸脫氫酶��； 參考：《浙江大學》2016年博士論文

【摘要】：腫瘤細胞為滿足自身營養(yǎng)和能量需求,要消耗大量的葡萄糖,而且即使在有充足氧氣條件下,糖酵解過程也會明顯增加,大量的葡萄糖轉換成乳酸,即所謂的瓦伯格效應(the Warburg effect)。瓦伯格效應是腫瘤細胞代謝重編程的一種體現(xiàn),而腫瘤細胞的代謝重編程會發(fā)生在許多代謝通路中,包括葡萄糖轉運、糖酵解、戊糖磷酸途徑、谷胺酰胺代謝、三羧酸循環(huán)、電子傳遞鏈等過程。戊糖磷酸途徑在快速增殖的細胞中,扮演著大分子生物合成和維持細胞氧化還原狀態(tài)的作用。尤其是在許多腫瘤細胞中,戊糖磷酸途徑都是上調(diào)的。然而,戊糖磷酸途徑是如何上調(diào)以滿足腫瘤細胞生長優(yōu)勢這一點還沒完全弄清楚。葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PD)是戊糖磷酸途徑的第一個酶,也是該途徑的限速酶,催化來自糖酵解通路中的葡萄糖-6-磷酸,進行氧化脫氫,生成6-磷酸葡萄糖酸-δ-內(nèi)脂和提供還原氫的NADPH。本研究用化學酶標法及質(zhì)譜的方法,鑒定出G6PD的S84位被O-糖苷鍵共價連接的N-乙酰氨基葡萄糖(O-G1cNAc)糖基化修飾；將84位上的絲氨酸S突變成纈氨酸V,將不能檢測到糖基化。S84位上的糖基化提升了G6PD的酶活性；而且通過戊二醛交聯(lián)反應證實,高糖基化水平的G6PD更趨向于形成有活性的二聚體和四聚體。前人的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有1000多種核質(zhì)蛋白被O-G1cNAc修飾,并且這種糖基化修飾作為一種感受器,是細胞對外界營養(yǎng)和壓力的動態(tài)反應。本研究通過缺氧處理、高糖刺激和血清刺激,發(fā)現(xiàn)G6PD對這些外界刺激非常敏感,其糖基化水平會隨著缺氧處理時間的延長、葡萄糖濃度和血清濃度的增加而顯著升高。同時,研究也證實高糖基化的G6PD,會提高戊糖磷酸途徑中葡萄糖的攝入量,生成更多中間代謝產(chǎn)物,促進核苷酸和脂質(zhì)的生物合并提升抗氧化防御能力,以此為細胞提供生長優(yōu)勢,促進細胞增殖。更具生理意義的是,異位裸鼠成瘤實驗證實G6PD的糖基化有利于腫瘤的生長,而阻止G6PD的糖基化,顯著降低細胞增殖速度,減慢腫瘤生長；對39例臨床腫瘤樣本的研究發(fā)現(xiàn),除了有8例由于低表達G6PD而無法可靠地研究糖基化外,其余31例中有16例,G6PD糖基化水平在人肺癌組織中比癌旁組織中高,并且31例中有20例,糖基轉移酶(OGT)的表達水平在癌組織中比癌旁組織中高,表明肺癌組織中G6PD的糖基化升高與OGT的高表達相關。在許多疾病中,特別是溶血性貧血中有大量G6PD的突變,而在腫瘤中雖然對G6PD的作用研究也很廣泛,但也是集中在G6PD的突變上,很少研究蛋白質(zhì)翻譯后修飾對其酶功能的影響。本研究工作揭示了O-G1cNAc糖基化是如何直接調(diào)控戊糖磷酸途徑進而為腫瘤細胞提供生長優(yōu)勢這一機制,為以抑制G6PD糖基化為靶點的腫瘤治療提供了新的思路。
[Abstract]:In order to meet their own nutritional and energy needs, tumor cells consume a large amount of glucose, and even when there is sufficient oxygen, the glycolysis process increases significantly, and a large amount of glucose is converted to lactic acid, which is called the Warburg effect and the Warburg effect. The Warburg effect is a manifestation of the metabolic reprogramming of tumor cells, which occurs in many metabolic pathways, including glucose transport, glycolysis, pentose phosphoric acid pathway, glutamine metabolism, and tricarboxylic acid cycle. Electron transfer chain, etc. The pentose phosphoric acid pathway plays the role of macromolecular biosynthesis and redox state in rapidly proliferating cells. Especially in many tumor cells, pentose phosphoric acid pathway is up-regulated. However, it is not entirely clear how the pentose phosphoric acid pathway is up-regulated to satisfy the growth advantage of tumor cells. Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) is the first enzyme in the pentose phosphoric acid pathway, which catalyzes the oxidative dehydrogenation of glucose-6-phosphoric acid from the glycolysis pathway. 6-phosphogluconic acid-未 -internal lipids and NADPHs providing reductive hydrogen were obtained. In this study, chemical enzyme labeling and mass spectrometry were used to identify the glycosylation modification of G6PD S84 by N-acetylglucosamine O-G1cNAc. which is covalently linked with O-glucosamine. By mutating serine S from 84 to valine V, the glycosylation at S84 could not be detected, and the enzyme activity of G6PD was enhanced by glutaraldehyde crosslinking reaction. G6PD with high glycosylation level tends to form active dimer and tetramer. Previous studies have found that more than 1000 nucleoplasmic proteins have been modified by O-G1cNAc, and this glycosylation as a receptor is a dynamic response of cells to external nutrition and stress. In this study, we found that G6PD was very sensitive to these external stimuli by hypoxia treatment, high glucose stimulation and serum stimulation. The glycosylation level of G6PD increased significantly with the prolongation of hypoxia treatment time and the increase of glucose concentration and serum concentration. At the same time, the study also confirmed that high glycosylation of G6PDcould increase glucose intake in the pentose phosphoric acid pathway, produce more intermediate metabolites, and promote the combination of nucleotides and lipids to enhance antioxidant defense. In order to provide growth advantages for cells, promote cell proliferation. More physiologically, the heterotopic nude mice tumorigenesis experiment confirmed that the glycosylation of G6PD was beneficial to the growth of tumor, but to prevent the glycosylation of G6PD, significantly reduce the speed of cell proliferation and slow down the growth of tumor. Except for 8 cases whose glycosylation could not be studied reliably because of low expression of G6PD, 16 out of 31 cases had higher levels of G6PD glycosylation in human lung cancer tissues than in adjacent tissues, and 20 out of 31 cases had higher glycosylation levels. The expression level of glycosyltransferase (OGT) in cancer tissues was higher than that in adjacent tissues, indicating that the increased glycosylation of G6PD in lung cancer tissues was correlated with the high expression of OGT. In many diseases, especially in hemolytic anemia, there are a large number of mutations of G6PD. Although the role of G6PD in tumor is also widely studied, but also concentrated on the mutation of G6PD, the effect of protein post-translational modification on its enzyme function is seldom studied. This study revealed how O-G1cNAc glycosylation directly regulates the pentose phosphoric acid pathway and provides a growth advantage for tumor cells, and provides a new idea for tumor therapy with inhibition of G6PD glycosylation as its target.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R730.2

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本文編號：1919287