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在那些倾向于通过线粒体代谢来获取能量的细胞中，过量的铜离子会直接与三羧酸(TCA)循环中的硫辛酰化蛋白结合，导致这些蛋白发生聚集、Fe-S簇蛋白降解，以及最终的蛋白毒性应激和细胞死亡。这种由铜离子介导的细胞死亡过程被称为铜死亡(cuproptosis)。肿瘤抑制因子p53在维持细胞代谢稳态方面发挥重要作用。2023年，周祥团队提出观点，认为铜死亡可能是一种由p53调节的代谢性细胞死亡方式。首先，p53抑制糖酵解过程。例如，该团队早期发现p53通过激活CMBL抑制磷酸果糖激酶PFKP。p53还能够促进乙酰辅酶A和谷氨酸的生成，为TCA循环提供原料。此外，p53参与Fe-S簇蛋白和谷胱甘肽(GSH，天然的铜离子螯合剂)的合成。尽管p53与铜死亡之间可能存在复杂的、甚至看似矛盾的相关性，但是关于p53是否以及如何调节铜死亡过程，尚缺乏确凿的证据。
2024年12月4日(当地时间)，复旦大学生物医学研究院/附属肿瘤医院周祥研究员、附属属肿瘤医院郝茜博士与南昌大学第一附属医院熊建萍/邓军团队合作，于期刊Molecular Cell发表题为“p53 induces circFRMD4A to suppress cancer development through glycolytic reprogramming and cuproptosis”的论文。该研究首次揭示p53促进肿瘤细胞铜死亡的现象及分子机理，并证实了p53激动剂和铜死亡诱导剂的协同抗肿瘤效应。
研究团队首先利用全转录组表达芯片筛选可能受p53调控的环状RNA，接着通过ChIP和荧光素酶实验等方法证实p53能够转录激活FRMD4A基因从而促进circFRMD4A的表达。同时，RNA结合蛋白EWSR1在circFRMD4A的反向剪接过程中发挥了重要作用。研究者还评估了circFRMD4A在临床样本中的表达。结果显示circFRMD4A在结直肠癌组织中的表达水平较低，且这种低表达与更晚的T分期和淋巴结转移显著相关，提示总体生存预后较差。细胞和动物实验结果表明，circFRMD4A能够抑制结直肠癌和乳腺癌的进展。值得注意的是，研究者还发现p53的激活或circFRMD4A的过表达增强了结直肠癌和乳腺癌细胞对铜离子载体Elesclomol的敏感性。此外，p53激动剂与Elesclomol的协同作用能有效抑制癌细胞生长，该发现在动物实验中得到了验证。
图1. 该研究的图文概述
随后，研究者对circFRMD4A发挥抑癌功能的潜在分子机制进行了深入探究。他们使用生物素标记的RNA探针进行RNA-pull down实验结合质谱分析，并通过一系列生化和细胞生物学实验发现，circFRMD4A能够与丙酮酸激酶PKM2结合，并抑制其形成具有活性的四聚体结构。PKM2催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)转化为丙酮酸，是糖酵解过程的最后一步，对肿瘤细胞的存活、生长和转移具有至关重要的作用。PKM2活性的增强可导致糖酵解的加速及肿瘤的发生发展，而PKM2的失活能够减缓糖酵解，从而抑制肿瘤的生长和转移。此外，PKM2失活还可能导致糖酵解代谢流向TCA循环的转移——它被认为是细胞对铜死亡是否敏感的一个前提条件。研究者利用碳13同位素示踪法进一步证实，circFRMD4A可以通过调节PKM2的活性来抑制丙酮酸和乳酸的产生，导致PEP的积累以及线粒体柠檬酸的上调。以上研究结果解释了circFRMD4A如何抑制癌细胞的生长和迁移，并增强它们对铜死亡诱导剂的敏感性。
综上，该研究鉴定了一个新的受p53调控的环状RNA——circFRMD4A，它与PKM2结合并抑制其活性，将糖酵解代谢流导向TCA循环，从而抑制肿瘤进展，并增强癌细胞对铜死亡的敏感性。研究结果还证实，联合使用p53激动剂APG-115或Nutlin-3与铜离子载体Elesclomol，能够协同抑制癌细胞在小鼠体内生长，为携带野生型p53的肿瘤提供了一种潜在的联合治疗策略。
复旦大学生物医学研究院/附属肿瘤医院周祥研究员、复旦大学附属肿瘤医院郝茜博士和南昌大学第一附属医院熊建萍教授为该论文的共同通讯作者。南昌大学第一附属医院廖全博士和邓军主任医师、复旦大学附属肿瘤医院博士生仝静和博士后甘雨为该论文的共同第一作者。
注：文中插图源于 Molecular Cell
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.11.013
来 源 复旦大学生物医学研究院
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