線粒體代謝的調節器SIRT4,防止DNA的損傷。
健康細胞并不是偶然形成的。細胞的生長和分裂需要制衡,確保它們以正常的功能適應其周圍不斷變化的情況。
研究人員在研究一組調節生理、熱量限制和老化的蛋白質時,發現了它們中的一個成員,起著另一種重要的作用。七種sirtuin蛋白之一的SIRT4,已知其控制著來自線粒體的燃料的使用,線粒體是細胞能量的來源。SIRT4在細胞對營養可利用性中的應激性變化作出反應。
新的研究表明,SIRT4對不同形式應激的DNA損傷,也極為敏感。這種沒有預料到的由代謝關卡所作的反應,意味著SIRT4還作為一個防止癌癥發生的哨兵,癌癥是基因的異常引發的。
關于sirtuin,人們常聽說它們中的一種,紅酒中的化合物白藜蘆醇與常壽的關聯,這種化合物激活SIRT1,但一直更少關注SIRT3、SIRT4和SIRT5,所有這些都已在線粒體中發現。哈佛醫學院細胞生物學副教授瑪西婭·海吉斯(Marcia Haigis)領導的團隊,已經發現SIRT4在DNA損傷應答通路中是一個重要的作用蛋白,它協調一些事件的先后次序,結果通常會阻止腫瘤的發生。他們把該項研究的結果,發表于4月4日的《癌細胞》雜志。
海吉斯說:“我們開始研究SIRT4時,只專注于它的代謝作用,尋找其與糖尿病及肥胖相關的功能。”“我們發現了SIRT4對DNA損傷所產生的應答,這使我們感到驚喜,所以,導致我們研究它對DNA損傷的代謝應答,以及SIRT4是如何控制這種對基因毒性應激的代謝應答。”
為了要觀察SIRT4的正常功能是怎樣的,海吉斯和她的同事們把培養皿中的細胞暴露于紫外線,來誘發DNA的損傷。這種損傷,觸發了谷氨酰胺代謝的停止,限制了這種細胞可用于完成分裂和生長周期的能量數額。
在這個關鍵時刻,阻斷這種細胞周期是重要的。如果在DNA損傷以后,繼續讓細胞不受限制的生長,受損細胞的增殖可以導致癌癥。當SIRT4的工作正常時,這些事件的鏈條,在壞細胞和它們的異常基因復制以前,就會被打斷。SIRT4阻斷了谷氨酰胺代謝,中止了細胞周期,阻止了腫瘤的形成。
科學家們測定了小鼠中SIRT4的應答。他們培育了缺乏編碼SIRT4蛋白基因而其他正常的小鼠,經過15個月,這些小鼠自然地發生了肺癌。
海吉斯說:“當SIRT4缺失時,你就沒有了這種涉及谷氨酰胺的代謝關卡,這是重要的,因為谷氨酰胺是細胞增殖所需要的一種氨基酸。”“沒有了SIRT4,即使在面臨DNA損傷的情況下,細胞仍繼續地分裂,以致使細胞積累更多的損害。”
科學家們還分析了幾種人類的癌癥,包括小細胞肺癌、胃癌、膀胱癌、乳腺癌和白血病的數據,表明SIRT4的基因表達水平是低的。
盡管他們不能說如果SIRT4單獨缺失會引發癌癥,但它的缺失看來像是為腫瘤細胞創建了一種生發的環境。
他們得出結論:“我們的研究結果表明,SIRT4可能是一個潛在的防治腫瘤的靶標。”
該項研究得到了韓國國家研究基金撥款NRF-2010-357-C00087,美國國家衛生研究院撥款AG032375,韓國格倫基金會醫學研究基金,美國癌癥學會新學者獎,美國國家癌癥研究所撥款R01 CA157490,金梅爾學者獎,美國癌癥研究協會-胰腺癌行動網絡職業生涯發展獎,及美國國家糖尿病、消化道和腎臟疾病研究所的支持。
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