激酶Aurora-A与乳酸脱氢酶B相互作用在细胞周期和细胞代谢中的功能研究

Aurora-A kinase functions in centrosome maturation, separation and bi-polar spindle formation during cell division cycle. Amplification and overexpression of Aurora-A have been reported in a number of human tumors and have been identified as a biomarker for tumor malignant progression and poor prognosis. However, how Aurora-A is involved in the regulation of cancer cell proliferation and tumor progression remain elusive. In this project, we found and further validated that Aurora-A is associated with lactate dehydrogenase B, the subunit of tetrameric enzyme catalyzing the inter-change between pyruvate and lactate. Kinase assay and Mass spectrum data indicate that Aurora-A phosphorylates LDHB directly. We further demonstrated that this modification changes the rate and direction of the enzyme, which is required for the tumor cell proliferation. Next, we propose to further examine the temp-spatial regulation and the function of Aurora-A-LDHB interaction in the regulation of cell cycle and cell metabolism, two fundamental activities of a cell. The physiological and pathological relevance of this pathway will be also evaluated. We expect to reveal a new mechanism that coordinates cell cycle and metabolism to promote proliferation.

激酶Aurora-A调控细胞分裂期中心体的成熟、分离和纺锤体的正确形成。Aurora-A在很多肿瘤亚型中扩增或过表达，是肿瘤恶性程度高和预后差的标志分子。但是目前对Aurora-A调控细胞增殖以及肿瘤发展过程的分子机理还不清楚。我们在前期研究中发现并验证了Aurora-A可以与代谢酶LDHB相互作用。LDHB是组成乳酸脱氢酶的两个亚基之一，催化糖酵解生成的丙酮酸与乳酸的相互转化，是糖代谢的关键酶。进一步的研究发现Aurora-A可以通过直接磷酸化LDHB调控其酶活性以及催化反应的方向。突变Aurora-A磷酸化LDHB的位点抑制肿瘤细胞的增殖。在本申请课题中，我们计划进一步鉴定这两个蛋白相互作用的时空关系，以及在细胞周期和能量物质代谢中的功能。我们还将研究Aurora-A与LDHB的相互调节在细胞增殖以及肿瘤恶性发展过程的作用，揭示细胞周期与细胞代谢协同调控细胞增殖的新机制。

有丝分裂激酶Aurora-A调控细胞分裂期中心体的成熟、分离和纺锤体的正确形成。Aurora-A在很多肿瘤亚型中扩增或过表达，是肿瘤恶性程度高和预后差的标志分子。但是目前对Aurora-A调控细胞增殖以及肿瘤发展过程的分子机理还不清楚。我们通过在多种肿瘤细胞中的代谢分析发现，p53失活的肿瘤细胞中高表达激酶Aurora-A，并促进糖酵解。利用IP-MS分析发现Aurora-A和乳酸脱氢酶B亚基（LDHB）存在相互作用。LDHB是组成乳酸脱氢酶的两个亚基之一，乳酸脱氢酶催化糖酵解过程中丙酮酸与乳酸的相互转化，是糖代谢的关键酶。体外结合和FRET实验证实Aurora-A只结合LDHB，而不结合乳酸脱氢酶A亚基（LDHA）。进一步的生化和活细胞探针分析发现Aurora-A可以通过磷酸化LDHB上162位的丝氨酸从而显著改变LDHB的双向催化活性的方向，即增强丙酮酸到乳酸方向的转化，进而促进NAD+的产生、乳酸的产生及生物大分子的合成。为了解析酶活改变的分子机制，我们通过等温滴定微量热以及分子动力学模拟等实验发现，LDHB上162位的丝氨酸被Aurora-A磷酸化后释放底物丙酮酸对其酶活的抑制作用，从而极大促进丙酮酸到乳酸方向的酶活的转变。在肿瘤细胞及小鼠肿瘤模型中过表达LDHB162位丝氨酸的突变体LDHB-S162A抑制162位丝氨酸的磷酸化，可以大大抑制糖酵解及肿瘤的生长。由于磷酸化是快速可逆的高效调控方式，这一发现为肿瘤中生成和利用乳酸的高效切换提供了可能的机制。