丙酮酸激酶M2的SUMO化修饰在急性髓系白血病中的作用及机制研究

Aerobic glycolysis(Warburg effect) is a biochemical characteristic of tumors. Recent reports demonstrated that pyruvate kinase M2(PKM2),a rate-limiting enzyme during glycolysis, plays a key role in regulating Warburg effect and tumor growth. We recently found endogenous sumoylation of PKM2 protein in multiple leukemic cell lines. Using in vitro sumoylation system and mass spectrometry, we identified that PKM2 can be sumoylated at K270. Further studies showed that the sumoylation of PKM2 induced nuclear localization and dimer formation, which may be highly associated with differentiation of leukemia. Based on these original findings,we plan to investigate the molecular mechanism of PKM2 sumoylation and its effects on leukemogenesis. These studies will reveal a novel role of PKM2 in leukemia development. Meanwhile, it will provide novel clues for glucose metabolism-targeted therapy for leukemia.

有氧酵解（Warburg效应）是肿瘤细胞特异的生化特征。最近研究表明，糖酵解途径中的限速酶丙酮酸激酶M2（PKM2）是调控肿瘤细胞产生Warburg效应、促进肿瘤增殖的关键蛋白之一。本课题组发现，PKM2蛋白在多种急性髓系白血病（AML）细胞中存在内源性SUMO(small ubiquitin-like modifier)化修饰，进一步通过体外SUMO化反应体系结合质谱技术，我们鉴定出K270是PKM2发生SUMO化的位点。细胞功能学研究提示，PKM2的SUMO化修饰诱导该蛋白的核定位及二聚体形成并可能与AML细胞分化相关。本项目计划在这些前期工作基础上，深入研究PKM2蛋白SUMO化修饰的分子机制及其在AML发生发展中的作用。本课题的实施将揭示PKM2促进白血病的新机制，为探索通过干预糖酵解代谢途径特别是靶向PKM2来治疗白血病提供新的线索，具有重要的理论和实践意义。

有氧酵解（Warburg效应）是肿瘤细胞特异的生化特征。最近研究表明，糖酵解途径中的限速酶丙酮酸激酶M2（PKM2）是调控肿瘤细胞产生Warburg效应、促进肿瘤增殖的关键蛋白之一。本课题组发现，PKM2蛋白在多种急性髓系白血病（AML）细胞中存在内源性SUMO(small ubiquitin-like modifier)化修饰，该修饰特异地发生于PKM家族的PKM2而不是PKM1。进一步通过体外SUMO化反应体系结合质谱技术，我们鉴定出K270是PKM2发生SUMO化的位点。SUMO化修饰促进了PKM2由四聚体向二聚体的转变，相应地，其丙酮酸激酶活性显著降低。同时，K270突变的PKM2核定位大大减少，表明SUMO化修饰是PKM2蛋白在白血病细胞中核定位的关键机制。体外和体内功能学研究显示，野生型PKM2，而不是K270R突变体蛋白能够抑制白血病细胞的粒系分化，表明该抑制作用有赖于PKM2的SUMO化修饰。机制研究表明，SUMO化修饰的PKM2能够抑制一系列粒系分化重要转录因子的表达。上述研究揭示了PKM2蛋白抑制白血病细胞粒系分化这一“非代谢功能”的机制，大大丰富了目前对代谢酶促进白血病和肿瘤发生机制的认识，为探索通过干预糖酵解代谢途径特别是靶向PKM2来治疗白血病和肿瘤提供新的线索，具有重要的理论和实践意义。总之，申请书中四项研究内容均按照计划完成，为进一步深入研究PKM2促进肿瘤的机制奠定了基础。目前，研究成果申请人作为通讯作者分别发表在Haematologica和Cell Death & Disease等国际学术期刊上。