代谢酶ACLY通过PPP1R36乙酰化促进结肠癌中AKT激活的作用机制

Energy metabolism dysregulation is a typical characteristic of colon cancer. Metabolic production is linked to the post-translational modification. Previously, we found that the expression of ATP citrate lyase (ACLY), which converts citrate to acetyl coenzyme A, was increased in colon cancer. And ACLY elevated the acetylation level of regulatory subunit of protein phosphatase 1 (PPP1R36) and promoted the serine phosphorylation of AKT. However, the precise molecular mechanism remains to be further studied. Here, we put forward the hypothesis that ACLY can enhance the inhibition of phosphatase activity of protein phosphatase 1 (PP1) by PPP1R36 (lysine 172) acetylation, and further inhibit AKT dephosphorylation, resulting in AKT activation. In order to verify this hypothesis, we will mutate the PPP1R36 "RVxF" sequence and K172 site, and establish the related cells and mice model. By using immunoprecipitation and Western blot technology, we will investigate the mechanism of ACLY mediated AKT activation by PPP1R36 acetylation and PP1 inhibition in cell and animal studies. This study will not only explore the correlation between tumor metabolism and tumor progression from the perspective of protein post-translational modification, but also provide a theoretical basis for finding potential targets in tumor energy metabolism pathway.

细胞能量代谢异常是结肠癌的一个典型特征，代谢物的变化与蛋白质翻译后修饰紧密相关。我们前期发现催化乙酰辅酶A合成的ATP柠檬酸裂合酶（ACLY）在结肠癌中表达增加，ACLY能促进蛋白磷酸酶1调节亚单位36（PPP1R36）乙酰化并促进AKT丝氨酸磷酸化，其具体分子机制有待进一步研究。我们提出假说：ACLY通过促进PPP1R36（赖氨酸172）乙酰化，增强了对蛋白磷酸酶1（PP1）磷酸酶活性的抑制作用，进而抑制AKT去磷酸化导致AKT激活。为了验证这一假说，将突变PPP1R36“RVxF”序列及K172位点，并建立相关细胞和小鼠模型，采用免疫共沉淀、Western blot等技术，在细胞和动物水平研究ACLY介导PPP1R36乙酰化修饰抑制PP1、促进AKT激活的作用机制。本研究不仅从蛋白质翻译后修饰的角度发掘了肿瘤代谢与肿瘤进展的关联，还为寻找靶向肿瘤能量代谢通路中的潜在靶点提供理论依据。

结肠癌是临床最常见的恶性肿瘤之一，严重威胁国民健康。细胞能量代谢异常是结肠癌的一个典型特征，代谢物的变化与蛋白质翻译后修饰紧密相关。蛋白磷酸酶1及其调节蛋白通过蛋白质的可逆磷酸化和去磷酸化，调节与肿瘤发生、侵袭和转移有关的广泛细胞过程。本项目旨在探索ACLY介导PPP1R36乙酰化修饰抑制PP1、促进AKT激活的作用机制，揭示ACLY通过促进PPP1R36（赖氨酸172）乙酰化，增强对蛋白磷酸酶1（PP1）磷酸酶活性的抑制作用，进而抑制AKT去磷酸化导致AKT激活的分子机制，从蛋白质翻译后修饰的角度发掘肿瘤代谢与肿瘤进展的关联。项目执行过程中课题组鉴定了在结肠癌中高度表达的蛋白磷酸酶1的调节亚单位PPP1R36，并发现PPP1R36促进代谢酶ACLY的磷酸化，该酶催化柠檬酸转化为草酰乙酸和乙酰辅酶A。PPP1R36的过表达通过激活ACLY导致乙酰辅酶A水平升高，从而促进组蛋白H3乙酰化，招募H3K27ac到RREB1启动子促进了RREB1的表达，另一方面，PPP1R36诱导的ACLY激活刺激脂肪生成，细胞脂质合成水平也大大增加，增加的脂代谢活性和RREB1诱导的下游信号传导促进了结肠癌细胞的增殖和转移。体外和体内实验均表明，PPP1R36的过表达促进了大肠癌中的脂肪生成、细胞增殖、侵袭、迁移和肿瘤生长。本研究揭示了磷酸酶调节亚单元PPP1R36在结肠癌细胞脂代谢以及结肠癌上皮间质转化过程中的作用机制，并研究其在肿瘤微环境中的关键作用，对于深入阐明磷酸酶在结肠癌细胞代谢调控分子网络中的作用具有重要意义，为开发磷酸酶相关肿瘤抑制剂以及寻找靶向代谢通路中的潜在靶点提供实验证据。