甲硫氨酸腺苷转移酶MATIIα乙酰化调控机制及其生理病理效应

Acetylation plays an important role in cancer metabolism. Methionine adenosyl transferase (MAT) is the key enzyme of methionine cycle and plays a critical role in one-carbon and folate metabolism. MATIIα is highly expressed in many cancers such as hepatocellular carcinoma, indicating this enzyme is implicated in tumorigenesis. Previous MATIIα work majorly focus on transcriptional and posttranscriptional mRNA stability, there is no report on acetylation regulation of MATIIα. Interestingly, we found MATIIα is regulated by acetylation and folate deprivation induces its acetylation which promotes it instabilization. Notably, upon folate deprivation, MATIIα acetylation mimic or resistant mutants promotes tumor cell growth in vivo and in vitro. Based on the critical role of folate and MATIIα in digestive system carcinoma, it is very significant to define the underlying mechanism of MATIIα stability control. This proposal will investigate how acetylation control of MATIIα stability and its underlying mechanism, generate MAT2A knock out and K81R knockin mice models and validate its function in vivo using mice models and human clinical hepatocellular carcinoma and colorectal cancer tissue. This study will not only define the role of folate and MATIIα in tumorigenesis but also provide new target for cancer therapy.

乙酰化在肿瘤代谢中起着非常重要作用。甲硫氨酸腺苷转移酶(MAT)是甲硫氨酸循环关键酶，在一碳单位和叶酸代谢中起着重要作用。 研究发现MATIIα在肝癌等肿瘤中高表达，提示该酶与肿瘤的发生发展有着密切的关系。对其研究主要集中在转录及转录后mRNA的稳定性，而关于MATIIα的乙酰化修饰国内外未见报道。有趣的是我们发现MATIIα受到乙酰化的调控，叶酸缺乏诱导乙酰化导致其不稳定，且叶酸缺乏时MATIIα乙酰化突变体促进细胞增殖和肿瘤生长。基于叶酸代谢和MATIIα在消化系统肿瘤中的重要作用，因此揭示叶酸调控MATIIα蛋白稳定性的分子机制具有重要意义。本项目拟研究乙酰化对MATIIα调控的分子机制，并建立MAT2A基因敲除和乙酰化位点突变的knockin小鼠模型， 用小鼠模型和临床肝癌、结直肠癌样品验证其体内功能， 阐明叶酸和MATIIα与肿瘤关系, 为肿瘤治疗提供新靶点。

甲硫氨酸腺苷转移酶(MAT)是甲硫氨酸循环关键酶，催化生成体内主要甲基供体SAM，在一碳单位和叶酸代谢中起重要作用，与肿瘤的发生发展密切相关。以往研究主要集中在其转录及转录后mRNA的稳定性，翻译后修饰的研究很不清楚。我们在研究中解析了MATIIα乙酰化调控的分子机制，阐明了MATIIα翻译后修饰如乙酰化、泛素化响应叶酸在肿瘤发生发展中的重要作用。此外还深入研究了代谢应激和肿瘤发生发展中乙酰化、泛素化、甲基化修饰及其相互作用。我们发现P300和HDAC3分别发挥乙酰化酶和去乙酰化酶的功能协调控制MATIIα81位赖氨酸乙酰化，K81乙酰化修饰促进其泛素化介导的蛋白酶体降解，从而抑制肝癌细胞的生长。我们进一步鉴定Cullin 3 (CUL3) 和VCIP135分别作为MATIIα的泛素化连接酶和去泛素化酶，调控MAT IIα的泛素化，影响其通过蛋白酶体途径降解。在肝癌细胞中和肝癌组织样本中VCIP135和MATⅡα的蛋白表达呈显著正相关。叶酸处理可以抑制MATIIα的K81乙酰化，稳定MATIIα的蛋白水平，并促进肿瘤细胞的生长。DEN/HFD诱导的肝癌模型小鼠的肝脏组织样本发现肝癌组织中MAT2A的蛋白水平显著上升，且肿瘤发展越严重，其蛋白水平越高。而MAT1A蛋白水平则在肝癌组织中显著下降。高叶酸饮食能够促进DEN/HFD诱导的小鼠肝癌发生和发展，高叶酸喂养组与正常组相比，MATⅡα的蛋白水平进一步明显上升。值得注意的是肝细胞特异性敲除MatⅡa，可以造成肝脏表面最大肿瘤直径明显缩小，肝脏表面肉眼可见肿瘤个数明显减少。表明在HFD诱导的肝癌小鼠模型中，肝脏特异性敲除Mat2a表达可以显著抑制肝癌的发生和发展。我们的研究阐释了MATIIα调控肿瘤生长的机制，并揭示了叶酸在肿瘤发生发展中的重要作用，为靶向MATIIα，特别是通过饮食干预，如叶酸限制防治肿瘤提供了关键的理论依据。