自噬缺乏的肿瘤细胞以依赖外源氨基酸摄取的方式对抗谷氨酰胺饥饿

Autophagy is a unique protein degradation process by which intracellular materials are recycled for energy homeostasis. In contrast to the survival function of autophagy, autophagy defects that impair survival can promote tumorigenesis. However, the metabolic status and energy source of autophagy-defective tumor cells is poorly understood. Our data showed that amino acids uptake from extracellular environment is increased in autophagy-deficient cells upon glutamine deprivation. This elevated amino acid uptake results from Activating Transcription Factor 4 (ATF4)-dependent upregulation of AAT (amino acid transporter) genes expression. Furthermore, we identified SIRT6 as a corepressor of ATF4 transcriptional activity, deacetylating H3K56 at AAT genes promoters. Autophagy-deficient cells exhibit increased ATF4 activity and show increased amino acid uptake. Therefore, our research will focus on the the reliance of autophagy-deficient tumor cells on extracellular amino acids uptake. Identification the metabolic status of autophagy-defective tumor cells will gave the way to providing valuable targets for therapeutic intervention in tumor.

细胞自噬是一种进化上相对保守的蛋白质降解方式。虽然自噬维持生存的功能被广泛认可，但是当自噬丧失时却能导致肿瘤发生，这很难从理论上解释。本课题计划探索自噬缺陷的肿瘤细胞在营养缺乏期间的代谢状态和能量来源。在我们的前期研究工作中发现，在谷氨酰胺缺乏情况下，自噬缺陷的肿瘤细胞中存在着比野生型细胞更多的胞外氨基酸摄取。通过检测氨基酸转运载体基因(AAT)的表达,我们发现在缺乏谷氨酰胺时，自噬缺陷的肿瘤细胞与野生的肿瘤细胞相比，依赖于转录因子ATF4表达的AAT基因mRNA水平明显增加。并且我们发现AAT基因表达谱的变化与第三类组蛋白去乙酰化酶SIRT6诱导的组蛋白H3K56去乙酰化相关。在本项目中，我们将采用多种方法，进一步探究在自噬缺乏的肿瘤细胞中AAT基因表达上调的具体分子机制以及胞外氨基酸摄取对于自噬缺乏的肿瘤细胞的生物学意义。

胰腺导管腺癌（PDAC）以广泛的纤维性结缔组织增生为特征，其中癌症相关成纤维细胞（CAFs）是肿瘤微环境中最关键的基质细胞之一。多项研究表明，癌症相关成纤维细胞与肿瘤的增殖、转移和化疗耐药密切相关。自噬是一种溶酶体依赖性蛋白质降解过程，在肿瘤微环境中具有重要作用。自噬可以通过多种方式作用于癌症相关成纤维细胞，并使其促进肿瘤生长。然而，自噬在癌症相关成纤维细胞中的具体作用机制还需要进一步的探索。本团队发现自噬可通过调节脯氨酸生物合成影响CAFs活化，并且，研究表明CAFs通过线粒体自噬调控NADK2的表达，调节线粒体NADPH的产生，进而影响脯氨酸生物合成。因此，抑制CAFs线粒体自噬可能为以基质为靶点的抗癌干预治疗提供新的策略。团队又进一步发现NUFIP1依赖性自噬在CAFs促进PDAC的生长中具有关键作用。 NUFIP1可以通过调控核糖体RNA的降解释放核苷，但是并未观察到核糖体蛋白的降解。进一步研究发现，敲除NUFIP1能够抑制CAFs中的核糖体RNA降解，并抑制其分泌核苷，而这会直接影响在谷氨酰胺剥夺下的肿瘤细胞的增殖。有趣的是，核苷作为一种营养物质，并未直接被肿瘤细胞利用，而是通过MYC诱导肿瘤细胞对葡萄糖的消耗。GSEA富集分析发现，在谷氨酰胺缺乏的情况下，CAFs能够上调PDAC细胞中 “MYC targets” 类别基因的表达。进一步实验发现，CAFs分泌的核苷能够上调肿瘤细胞内MYC蛋白的水平。MYC是调控葡萄糖代谢的重要转录因子，MYC水平的上调，提高了肿瘤细胞对葡萄糖的摄取和利用，缓解了肿瘤细胞在肿瘤微环境中所面对的营养压力。 因此，CAFs通过NUFIP1依赖性自噬分泌的核苷提高了PDAC对于葡萄糖的利用，进一步促进了PDAC的增殖和生长。