代谢重编程和表观遗传修饰是癌细胞的显著特征。在癌细胞中,代谢途径活性在肿瘤发生和进展过程中发生变化,表明其具有受调控的代谢可塑性。代谢变化往往与表观遗传变化密切相关,例如表观遗传修饰酶的表达或活性改变,可能对细胞代谢产生直接或间接的影响。因此,探究表观遗传修饰调控肿瘤细胞代谢重编程的机制,对深入理解肿瘤的发病机制具有重要意义。本文主要介绍与癌细胞代谢调控相关的表观遗传修饰的最新研究,包括癌症背景下的葡萄糖、脂质和氨基酸代谢变化,并着重介绍与肿瘤细胞表观遗传修饰相关的机制。具体而言,我们讨论了DNA甲基化、染色质重塑、非编码RNA和组蛋白乳酸化在肿瘤生长和进展中的作用。最后,我们总结了基于肿瘤细胞代谢重编程和表观遗传变化的潜在癌症治疗策略的前景。
丙酮酸脱氢酶B(PDHB)是丙酮酸脱氢酶复合物的重要组成部分,与改变肿瘤代谢和促进恶性肿瘤有关。然而,PDHB对肝细胞癌(HCC)代谢重编程的特定影响及其在肿瘤进展中的作用仍有待阐明。在我们的研究中,我们发现了HCC内PDHB表达的明显升高,与延迟的肿瘤分期,肿瘤分级升高和预后结局降低相关。PDHB过表达驱动体外和体内肿瘤的生长和转移。从机械上讲,PDHB通过与SLC2A1,GPI和PKM2的启动子区域结合,介导了代谢重编程,从而促进了糖酵解相关的基因转录,从而有助于HCC索拉非尼替尼耐药。另外,同肌固定会是PDHB的靶向抑制剂,并对HCC发挥抗肿瘤作用。在小鼠异种移植模型中,同肌苷和索拉非尼的组合比单独的索拉非尼表现出明显更好的作用。总而言之,我们的研究证实了PDHB为一种能够预测HCC肿瘤进展的致癌耐药性相关基因。PDHB和等肌苷可能是肝癌靶向和联合疗法的潜在途径。
肿瘤缺氧代表着一种严重的微环境应激,通常与酸中毒有关。癌细胞对这些应激的反应,基因表达的变化至少部分通过pH调节和代谢重编程促进生存。缺氧诱导的碳酸酐酶IX(CA IX)在催化水合细胞外CO 2对低氧和酸性环境中起着关键的适应性作用,以产生碳酸氢盐,以缓冲细胞内pH(PHI)。我们使用全蛋白质组的培养物来研究缺氧对短暂性CA IX敲低的细胞反应,发现关键的糖溶作酶和乳酸脱氢酶A(LDHA)的水平降低。有趣的是,LDH的活性也降低了,如天然凝胶活性测定法所示。这些变化导致体外癌细胞中糖酵解液和细胞外乳酸水平的显着降低,导致增殖降低。有趣的是,添加替代LDH底物α-酮丁酸酯恢复了LDHA活性,细胞外酸性,PHI和细胞增殖。这些结果表明,在没有CA IX的情况下,PHI的减少会破坏LDHA活性,并阻碍细胞的能力再生NAD +并将质子分泌到细胞外空间。缺氧诱导的Ca IX因此通过将细胞外CO 2转化为碳酸氢盐,并间接地通过维持糖酵解 - 渗透 - 渗透 - 渗透性的细胞内环向环境来直接介导对微环境缺氧和酸中毒的适应。
肾小球滤过依赖于肾小球基底膜的 IV 型胶原 (ColIV) 网络,即包含 ColIV 的 α 3、α 4 和 α 5 链的三螺旋分子。编码这些链的基因 (Col4a3、Col4a4 和 Col4a5) 的功能丧失突变与 Alport 综合征 (AS) 中观察到的肾功能丧失有关。对病理机制的细胞基础的准确理解仍然未知,并且目前尚无针对此疾病的特定疗法。在这里,我们生成了一个新等位基因,用于在小鼠的不同肾小球细胞类型中条件性删除 Col4a3。我们发现足细胞在发育中的肾小球基底膜中特异性地产生 α 3 链,并且其缺失足以损害 AS 中所见的肾小球滤过。接下来,我们表明,通过 TGF β 1 增强的水平基因转移以及使用同种异体骨髓间充质干细胞和诱导性多能干细胞,可以挽救 Col4a3 表达并恢复缺乏 Col4a3 的 AS 小鼠的肾功能。我们的概念验证研究支持水平基因转移(例如细胞融合)可以实现 Alport 综合征的细胞治疗。
肾小球滤过依赖于肾小球基底膜的 IV 型胶原 (ColIV) 网络,即包含 ColIV 的 α 3、α 4 和 α 5 链的三螺旋分子。编码这些链的基因 (Col4a3、Col4a4 和 Col4a5) 的功能丧失突变与 Alport 综合征 (AS) 中观察到的肾功能丧失有关。对病理机制的细胞基础的准确理解仍然未知,并且目前尚无针对此疾病的特定疗法。在这里,我们生成了一个新等位基因,用于在小鼠的不同肾小球细胞类型中条件性删除 Col4a3。我们发现足细胞在发育中的肾小球基底膜中特异性地产生 α 3 链,并且其缺失足以损害 AS 中所见的肾小球滤过。接下来,我们表明,通过 TGF β 1 增强的水平基因转移以及使用同种异体骨髓间充质干细胞和诱导性多能干细胞,可以挽救 Col4a3 表达并恢复缺乏 Col4a3 的 AS 小鼠的肾功能。我们的概念验证研究支持水平基因转移(例如细胞融合)可以实现 Alport 综合征的细胞治疗。
摘要:心脏疾病是全球发病率和死亡率的首要原因。心脏的再生潜力有限;因此,心脏损伤后丢失的心脏组织无法补充。常规疗法无法恢复功能性心脏组织。近几十年来,人们非常关注再生医学以克服这一问题。直接重编程是再生心脏医学中一种有前途的治疗方法,有可能提供原位心脏再生。它包括将一种细胞类型直接转化为另一种细胞类型,避免通过中间多能状态过渡。在受损的心脏组织中,这种策略指导驻留非肌细胞 (NMC) 转分化为成熟的功能性心脏细胞,有助于恢复天然组织。多年来,重编程方法的发展表明,调节 NMC 中的几种内在因素有助于实现原位直接心脏重编程。在 NMC 中,内源性心脏成纤维细胞已被研究,因为它们有可能直接重编程为诱导心肌细胞和诱导心脏祖细胞,而周细胞可以向内皮细胞和平滑肌细胞分化。这种策略已被证明可以在临床前模型中改善心脏功能并减少心脏损伤后的纤维化。本综述总结了直接重编程常驻 NMC 以实现原位心脏再生的最新更新和进展。
间歇性禁食(如果)通过调节脂肪酸代谢和神经免疫性微环境的调节表现出广泛的健康益处,主要是通过激活关键信号通路(例如AMP激活的蛋白质激酶(AMPK)和Sirtuin 1(Sirtuin 1(Sirtuin 1))(Sirtuin 1(Sirt1))。如果不仅促进脂肪酸氧化并改善代谢健康,还可以增强线粒体功能,减轻氧化应激,促进自噬并抑制凋亡和凋亡。这些机制在各种情况下有助于其实质性的预防和治疗潜力,包括神经退行性疾病,例如阿尔茨海默氏症和帕金森氏病,自身免疫性疾病和神经疾病。虽然已经从动物模型和初步临床研究中获得了支持证据,但必须进行进一步的大规模长期随机对照试验以确立其安全性并全面评估其临床功效。
分子氧(O 2)是一种通用电子受体,最终在所有后生动物的线粒体呼吸链中合成为ATP。因此,缺氧生物学已成为细胞进化,代谢和病理学的组织原理。缺氧诱导因子(HIF)介导肿瘤细胞,以产生一系列葡萄糖代谢适应,包括调节葡萄糖分解代谢,糖原代谢和葡萄糖对低氧的生物氧化。由于HIF可以调节癌细胞的能量代谢并促进癌细胞的存活,因此靶向HIF或HIF介导的代谢酶可能成为癌症的潜在治疗方法之一。在这篇综述中,我们总结了可以诱导肿瘤中低氧葡萄糖代谢的细胞重编程的既定且最近发现的自主分子机制,并探索了靶向治疗的机会。
神经母细胞瘤是一种胚胎癌,在幼儿死亡造成了成比例的疾病。测序数据在该癌症中很少有反复突变的基因,尽管表观遗传途径与病原体相关。我们使用了基于表达的计算屏幕,该屏幕揭示了去泛素化酶对患者生存的影响,以识别潜在的新靶标。,我们将His-Tone H2B去泛素化酶USP44视为神经母细胞瘤患者生存最大影响的酶。高水平的USP44与转移性疾病,不利组织学,晚期患者年龄和MYCN扩增显着相关。表达高水平USP44的肿瘤患者的子集的生存率明显较差,包括缺乏MYCN扩增的肿瘤。我们从经验上表明,USP44调节神经母细胞瘤细胞的增殖,
由肢体损失,衰老,中风和其他运动缺陷造成的移动性障碍是全球数百万个人面临的重大挑战。先进的辅助技术,例如假肢和矫形器,有可能大大改善此类个人的生活质量。这些技术设计中的关键组成部分是对肢体受损的参考联合运动的准确预测,这受到这些患者可用的关节运动数据的稀缺性的阻碍。为了解决这个问题,我们提出了一种新型的模型,重新利用了深度学习的重新编程属性,结合了网络反转原理和检索绘制的映射。我们的方法适应了最初为健全的个体设计的模型,以预测肢体受损患者的关节运动,而不会改变模型参数。我们通过广泛的经验研究对低于膝盖挑战的患者的数据进行了广泛的经验研究,证明了重新映射的功效,从而证明了对传统转移学习和微调方法的显着改善。这些发现对截肢,中风或衰老的患者的辅助技术和流动性具有显着影响。