Блог

May 05, 2023

Уридин

Природа том 618, стр.

Nature, том 618, страницы 151–158 (2023 г.) Процитировать эту статью

18 тысяч доступов

1 Цитаты

423 Альтметрика

Подробности о метриках

Аденокарцинома протоков поджелудочной железы (ПДА) — смертельное заболевание, известное резистентностью к терапии1,2. Частично это опосредовано сложным микроокружением опухоли3, низкой васкуляризацией4 и метаболическими нарушениями5,6. Хотя изменение метаболизма способствует прогрессированию опухоли, спектр метаболитов, используемых в качестве питательных веществ PDA, остается в значительной степени неизвестным. Здесь мы идентифицировали уридин как топливо для КПК в условиях дефицита глюкозы, оценивая, как более 175 метаболитов влияют на метаболическую активность в 21 клеточной линии поджелудочной железы при ограничении питательных веществ. Утилизация уридина сильно коррелирует с экспрессией уридинфосфорилазы 1 (UPP1), которая, как мы продемонстрировали, высвобождает рибозу, полученную из уридина, для поддержания метаболизма центрального углерода и тем самым поддерживает окислительно-восстановительный баланс, выживание и пролиферацию в клетках PDA с ограниченным содержанием глюкозы. В PDA UPP1 регулируется передачей сигналов KRAS-MAPK и усиливается за счет ограничения питательных веществ. Соответственно, опухоли экспрессировали высокий уровень UPP1 по сравнению с неопухолевыми тканями, а экспрессия UPP1 коррелировала с плохой выживаемостью в когортах пациентов с ОАП. Уридин доступен в микроокружении опухоли, и мы продемонстрировали, что рибоза, полученная из уридина, активно катаболизируется в опухолях. Наконец, делеция UPP1 ограничила способность клеток PDA использовать уридин и приостановила рост опухоли на моделях иммунокомпетентных мышей. Наши данные идентифицируют использование уридина как важный компенсаторный метаболический процесс в клетках ПДА, лишенных питательных веществ, что указывает на новую метаболическую ось для терапии ПДА.

ОАП остается одним из самых смертоносных видов рака1,2. Микроокружение опухоли ОАП (ТМО) вносит основной вклад в эту летальность и характеризуется обильной инфильтрацией иммунных клеток, экспансией стромальных фибробластов и связанным с этим отложением внеклеточного матрикса. Это приводит к увеличению давления интерстициальной жидкости и коллапсу артериол и капилляров3,4,7. Эти явления в совокупности способствуют низкой насыщенности кислородом, терапевтической резистентности, метаболическим изменениям и гетерогенности опухоли на клеточном уровне5,8,9. Клетки PDA, выживающие в таком TME с дерегуляцией питательных веществ и кислорода, демонстрируют метаболическую адаптацию, которая увеличивает их очищающие и катаболические способности10,11,12,13. Кроме того, недавние исследования определили внешние источники питательных веществ для ОАП, включая внеклеточный матрикс, иммунные и стромальные метаболиты14,15,16. Хотя эти исследования выявили дискретное поступление питательных веществ, комплексные исследования, способные выявить многие такие питательные факторы и механизмы, ранее не проводились.

Для скрининга метаболитов, которые способствуют метаболизму в клетках PDA, лишенных питательных веществ, мы применили платформу фенотипического скрининга Bilog на 19 клеточных линиях PDA человека и 2 иммортализованных, доброкачественных клеточных линиях поджелудочной железы (звездчатые клетки поджелудочной железы человека и клетки, экспрессирующие нестин поджелудочной железы человека). (рис. 1а). Мы использовали скрининг для оценки способности клеток захватывать и метаболизировать более 175 питательных веществ в 96-луночном формате в условиях ограничения питательных веществ (0 мМ глюкозы, 0,3 мМ глютамина и 5% диализированной фетальной бычьей сыворотки (FBS)). Панель питательных веществ включала углеродные энергетические и азотные субстраты (дополнительная таблица 1). Метаболическую активность оценивали путем мониторинга восстановления красителя на основе тетразолия и определения клеточного восстановительного потенциала каждые 15 минут в течение примерно 3 дней (рис. 1а и расширенные данные, рис. 1а). Анализ профилей потребления питательных веществ выявил несколько метаболитов, которые в отсутствие глюкозы использовались на тех же уровнях, что и положительный контроль глюкозы (расширенные данные, рис. 1b). Например, аденозин, уридин и некоторые сахара использовались большинством клеточных линий.

а, Схема скринингового анализа метаболизма питательных веществ и корреляция с экспрессией генов в клеточных линиях и опухолях PDA. b, Корреляция Спирмена (r) между нормализованной относительной метаболической активностью (RMA) катаболизма уридина в данных скрининга и данными экспрессии мРНК UPP1 из независимого набора данных17 (16 клеточных линий PDA). Клеточные линии с высоким содержанием UPP1 показаны жирным шрифтом. c, RMA в подмножестве клеточных линий PDA после приема 1 мМ уридина в течение 3 дней в условиях отсутствия глюкозы. d, Количественная ПЦР (кПЦР) проверка экспрессии мРНК UPP1 в подмножестве клеточных линий PDA. д, Иммуноблоттинг, демонстрирующий базальную экспрессию UPP1 в клеточных линиях PDA. Блоты являются репрезентативными для трех технических повторов со схожими результатами. f, корреляция Спирмена (r) между белковым денситометрическим анализом блота в e и экспрессией мРНК UPP1 в восьми клеточных линиях PDA, выделенных на e. g, Топ-20 генов, дифференциально экспрессируемых клеточными линиями PDA, которые были идентифицированы как потребители/метаболизаторы с высоким содержанием уридина по сравнению с потребителями с низким содержанием уридина по результатам скрининга метаболизма питательных веществ. Источник данных: Энциклопедия линий раковых клеток (CCLE). Данные в c, d являются средними ± стандартное отклонение. Дополнительную информацию см. в разделе «Статистика и воспроизводимость методов».