项目文章Cell Rep (IF=9.995) | 中国科学技术大学等团队发现circPRKAA1调控脂肪酸代谢的新机制
2022-12-30
中科新生命
1545
肿瘤细胞表现出独特的代谢变化，以支持其生物量的快速积累，也称为代谢重编程，其中脂代谢的重编程是肿瘤细胞的重要特征之一。许多代谢相关基因通过选择性剪接以产生环状RNA，但对它们的功能仍然知之甚少，特别是在脂代谢重编程中的作用还不是很清楚。
2022年11月22日，中国科学技术大学李启东老师和中国科学技术大学附属第一附属医院姚寒晖老师作为共同一作在Cell Reports上发表了题为“circPRKAA1 activates a Ku80/Ku70/SREBP-1 axis driving de novo fatty acid synthesis in cancer cells”的文章。该文发现AMP活化蛋白激酶（AMPK）的 α1亚基编码的环状RNA（circRNA）——circPRKAA1在维持肝细胞癌（HCC）脂质稳态中发挥着重要的作用，circPRKAA1的表达通过两种协调功能促进脂肪酸的合成并促进脂质的储存。中科新生命参与了该研究中靶向胆汁酸和蛋白质谱检测的相关工作。
研究材料
小鼠模型、细胞、人组织
技术路线
步骤1：circPRKAA1在HCC中高表达；
步骤2：circPRKAA1促进HCC中的脂质积累；
步骤3：circPRKAA1 直接与 Ku80 和 Ku70 结合；
步骤4：circPRKAA1通过与Ku蛋白相互作用促进mSREBP-1的稳定性和转录活性；
步骤5：circPRKAA1生物发生是SRSF1依赖性剪接对AMPK活性状态的响应；
步骤6：circPRKAA1在肿瘤发生中的生物学意义。
研究结果
1. circPRKAA1在HCC中高表达
作者首先对circPRKAA1进行鉴定和表征，已证实其确为真正的circRNA。接着作者在离体组织中发现，与癌旁正常组织相比，circPRKAA1在肝细胞癌中的表达更高。此外，作者也比较了circPRKAA1在一组HCC来源的肿瘤系和正常肝细胞中的表达。结果发现circPRKAA1的表达在某些肿瘤系（Hep3B，PLC / PRF / 5和HepG2）中升高，而其他（Huh7，HCCLM3，SK-Hep-1和SMMC-7721）表达的水平与正常细胞系（HAFF 和WRL68）相似，表明HCC细胞系的一个子集显示出circPRKAA1表达升高（图1）。
图1 circPRKAA1的生物发生和表达表征
2. circPRKAA1促进HCC中的脂质积累
作者进一步研究了circPRKAA1在脂质合成代谢中的作用，结果发现circPRKAA1沉默和过表达时分别降低和增加细胞中游离脂肪酸(FFAs)和甘油三酯(TG)的含量，但不影响总胆固醇(TC)水平。circPRKAA1沉默后，FFA水平显著降低，而总饱和脂肪酸(SFAs)、单不饱和脂肪酸(MUFAs)、多不饱和脂肪酸(PUFA)、n-3 PUFAs和n-6 PUFAs水平也显著降低。在circPRKAA1沉默后，SREBP-1，ACC1，ACLY，SCD1和FASN蛋白的表达水平显著降低，而circPRKAA1过表达则增加了它们的表达。此外，还发现circPRKAA1可能为SREBP-1（一种转录因子，可驱动必需脂肪酸合成酶的表达）的潜在激活剂。结果表明circPRKAA1增强了HCC细胞中脂肪酸的从头合成和脂质积累（图2）。
图2 circPRKAA1促进细胞脂质储存的积累
3. circPRKAA1 直接与 Ku80 和 Ku70 结合
接着作者研究了circPRKAA1是如何调节从头脂肪酸的合成，结果发现Ku80/Ku70、mSREBP-1和circPRKAA1之间形成了四聚体复合物，且circPRKAA1在细胞核中与Ku80、Ku70和mSREBP-1相互作用。通过体外重建相互作用实验发现circPRKAA1直接与Ku80和Ku70相互作用，而不是直接与mSREBP-1结合。通过结构预测等实验发现完整的circPRKAA1/Ku80/Ku70复合物是先激活mSREBP-1并随后促进脂肪酸从头合成（图3）。
图3 circPRKAA1直接与Ku80和Ku70结合
4. circPRKAA1通过与Ku蛋白相互作用促进mSREBP-1的稳定性和转录活性
作者进一步研究了circPRKAA1与Ku80 / Ku70的结合是如何影响mSREBP-1功能。
结果发现circPRKAA1的沉默对Ku80或Ku70蛋白水平没有影响，且并不影响Ku80和Ku70之间的结合，但Ku80或Ku70与mSREBP-1之间的相互作用减少。circPRKAA1/Ku80/ Ku70/mSREBP-1配合物通过阻止其蛋白酶体降解从根本上维持mSREBP-1的稳定性。表明circPRKAA1通过与Ku80/Ku70的结合，起到促进mSREBP-1稳定的作用，并建立RNA-DNA三联体，将复合物锚定在SREBP-1基因靶标的启动子区域（图4）。
图4 circPRKAA1通过与Ku蛋白相互作用促进mSREBP-1的稳定性和转录活性
5. circPRKAA1生物发生是SRSF1依赖性剪接对AMPK活性状态的响应
在确定了circPRKAA1的下游作用之后，作者转向识别负责触发circPRKAA1生物发生的上游信号。结果发现抑制AMPK会增加circPRKAA1水平，表明低细胞AMPK活性是产生circPRKAA1的生理触发因素，此外，也证实了低AMPK活性状态以SRSF1依赖性方式诱导circPRKAA1表达的结论（图5）。
图5 circPRKAA1生物发生是SRSF1依赖性剪接对AMPK活性状态的响应
6. circPRKAA1在肿瘤发生中的生物学意义
作者首先研究了调节circPRKAA1的表达对肿瘤细胞生长的影响，结果发现circPRKAA1的表达对体外和体内肿瘤细胞的生长产生积极影响。接着从临床样本中建立证据，以表明circPRKAA1在HCC中的表达与AMPK激活有关。结果发现p-AMPK浓度和circPRKAA1表达之间呈负相关，为人类肿瘤组织中存在AMPK-SRSF1-circPRKAA1调节轴提供了支持证据，并建立工作模型将AMPK活性、circPRKAA1生成和从头脂肪生成联系起来（图6）。
图6 circPRKAA1在肿瘤发生中的生物学意义
小编小结
本文证明了circPRKAA1通过与Ku蛋白相互作用促进mSREBP-1稳定性和转录活性的机制和作用。circPRKAA1有助于脂肪酸的从头生物合成，表明circPRKAA1是AMPK调控肿瘤细胞脂质代谢重编程的重要组成部分。circPRKAA1升高可能在HCC中起肿瘤启动子作用，靶向circPRKAA1可能为HCC提供新的治疗机会，此项研究具有重要的理论和临床意义。
