Hsp90介导AMPK维持肿瘤细胞能量“畸态”的新机制

Tumor cell with abnormal metabolism is uibiquitious; but the regulation mechanism is still unclear. Heat shock protein 90 (Hsp90) serves to stabilise and correctly fold multiple significant client proteins associated with cell proliferation and cell survival. However, little is known about the Hsp90 client proteins that regulate cell metabolism. Here, we try to describe a unique ability of Hsp90 in regulating the stability and activity of AMP-activated kinase (AMPK), a key sensor of cellular energy status. Hsp90 is found to interact with AMPK and to maintain its AMP-activated kinase activity. We demonstrated that Hsp90 inhibitors, including geldanamycin (GA) and mycoepoxydiene(MED), can induce the dissociation of AMPK from Hsp90, and cause a significant decrease in ATP level, infurther to regulate the engergy metabolism of the tumor cells. Furthermore, we firstly found that AMPK is a ATPase. These researches not only establish a novel interaction between Hsp90 and AMPK but also suggest a new mechanism for regulating tumour cellular energy metabolism. In this project, we try to illustrate a new mechanism for regulating tumor cell anamorphosis energy metabolism via Hsp90 inhibitor or shRNA.

肿瘤细胞代谢异常普遍存在,其调控机制至今不明确。我们发现AMPK是Hsp90的客户蛋白质,并发现AMPK具有ATPase活性。基于AMPK是重要的代谢激酶和能量感受器以及Hsp90作为肿瘤分子靶点的重要性。本申请项目拟通过体外相互作用、内源复合物分离与鉴定、shRNA 和磷酸化蛋白分析技术, 结合分子和细胞生物学等多种研究手段 明确AMPK的ATPase活性；阐明AMPK－Hsp90在维持肿瘤细胞能量"畸态"中的作用；利用我们前期发现的Hsp90小分子抑制剂或shRNA，干扰肿瘤细胞能量代谢，研究其对葡萄糖转运以及细胞应激自噬体形成的影响，探讨相应的机制；结合对肿瘤细胞能量水平的分析，揭示Hsp90小分子抑制剂调控肿瘤细胞"畸态"能量代谢的作用机制。其研究结果不仅可为肿瘤代谢的分子机理提出新理论,而且在为肿瘤治疗提供新靶点的同时也为小分子抑制剂探索了新机制。

本项目的提出基于AMPK 是Hsp90 的客户蛋白质，同时又是细胞能量感受器，AMPK 与Hsp90 结合，可以使AMPK 保持正确的结构和活性。 如果相互作用被破坏, AMPK 将从复合物中解离。AMPK 因降解从而失去能量感受器的作用，此时肿瘤细胞的ATP 水平处于无序状态，主要产能途径的关键节点蛋白质或标志性代谢产物，以及对线粒体功能都将发生改变，肿瘤细胞将处于崩溃状态。通过AMPK 激动剂或Hsp90 抑制剂的干预，结合细胞能量状态，分析AMPK－Hsp90 功能异常引起的肿瘤细胞的应激机制，揭示AMPK 维持细胞能量稳态以及能量平衡破坏时相应的应激反应机制，阐明小分子抑制剂逆转肿瘤细胞能量代谢的分子机制。因而AMPK-Hsp90 的相互作用在维持肿瘤能量“畸态”中具有重要的作用。利用Hsp90 抑制剂打破AMPK－Hsp90的相互作用，将直接影响AMPK活性，进而对肿瘤细胞信号转导和能量代谢产生影响。经过近一年的研究得到了以下研究结果：① 发现并明确了AMPK的ATP水解酶活性，获得了相关的酶动力学参数，从生化水平诠释了AMPK在维持能量稳态中的作用。② Hsp90抑制剂可以引起AMPK亚基的降解作用，引起AMPK磷酸化水平的降低，同时可以上调Hsp70的表达。从分子水平揭示二者相互作用对信号转导通路的影响。③Hsp90抑制剂通过影响二者的相互作用进而影响ATP的产生。在巨噬细胞中，表现出对ATP产生的抑制作用，并且对糖酵解作用表现出明显的抑制作用。而细胞出现自噬性凋亡。因而Hsp90-AMPK二者的相互作用对维持AMPK的酶活性以及肿瘤细胞能量畸态具有重要的作用。.本项目的实施，发现并明确了AMPK的ATPase活性； 提出并验证了Hsp90-AMPK的相互作用对维持肿瘤细胞能量畸态中的作用。AMPK 的ATPase 活性的发现，使AMPK 可以感知细胞中的ATP 浓度并直接做出反应，而与Hsp90 结合，可以使AMPK 保持正确的结构和活性。发挥AMPK 在维持细胞能量稳态中的作用。不仅达到了预期的目标，并且在实施中发现的Hsp90 小分子抑制剂可以抑制无氧酵解，降低肿瘤细胞的ATP水平的现象为我们后续开展ATP水平的变化与肿瘤细胞代谢以及体温的维持中的深入研究奠定了基础。项目实施期间发表SCI相关论文1篇；获得授权专利1项。培养博士生1名；硕士生2名