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科学家揭示线粒体翻译因子调控肿瘤细胞能量代谢的新机制

6月3日,国际学术期刊《癌症研究》(Cancer Research)发表了中国科学院生物物理研究所秦燕课题组与杨福愉课题组的合作研究成果:科学,Human Elongation Factor 4 Regulates Cancer Bioenergetics by Acting as a Mitochondrial Translation Switch,揭示了线粒体翻译因子调控肿瘤细胞能量代谢的新机制。

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6月13日,ACS Applied Materials & Interfaces 期刊发表了中国科学院生物物理研究所秦燕课题组与北京科技大学教授温永强的合作研究成果,题为Stimuli-Responsive Nanocarrier for Co-delivery of MiR-31 and Doxorubicin To Suppress High MtEF4 Cancer。该项工作利用纳米材料同时包裹microRNA与化疗药物,达到靶向并治疗肿瘤的目的。

线粒体调节细胞内的能量水平及氧化还原状态,经多条信号传导途径影响肿瘤细胞命运。线粒体翻译延伸因子4是线粒体蛋白翻译过程的“开关”,在肿瘤的发生发展过程中扮演重要角色。该研究发现,mtEF4在几种常见肿瘤细胞系中普遍高水平表达。人为降低mtEF4表达后,肿瘤细胞内的主流能量代谢途径由氧化磷酸化扭转为糖酵解,同时伴有细胞内活性氧含量上升、凋亡细胞占比增加。对临床样本检测后发现,mtEF4在病人癌变组织中表达上调。因此,该因子有望被开发成为肿瘤检测及治疗的新靶标。

研究揭示线粒体翻译因子调控肿瘤细胞能量代谢新机制 6月3日,国际学术期刊《癌症研究》发表了中国科学院生物物理研究所秦燕课题组与杨福愉课题组的合作研究成果:Human Elongation Factor 4 Regulates Cancer Bioenergetics by Acting as a Mitochondrial Translation Switch,揭示了线粒体翻译因子调控肿瘤细胞能量代谢的新机制。线粒体调节细胞内的能量水平及氧化还原状态,经多条信号传导途径影响肿瘤细胞命运。线粒体翻译延伸因子4是线粒体蛋白翻译过程的开关,在肿瘤的发生发展过程中扮演重要角色。该研究发现,mtEF4在几种常见肿瘤细胞系中普遍高水平表达。人为降低mtEF4表达后,肿瘤细胞内的主流能量代谢途径由氧化磷酸化扭转为糖酵解,同时伴有细胞内活性氧含量上升、凋亡细胞占比增加。对临床样本检测后发现,mtEF4在病人癌变组织中表达上调。因此,该因子有望被开发成为肿瘤检测及治疗的新靶标。该工作由生物物理所及温州医科大学合作完成。生物物理所研究员秦燕、卫涛涛及温州医科大学教授吕斌为该论文的共同通讯作者,生物物理所朱萍、刘永章及张凤林为论文的并列第一作者。该研究工作还得到了中国科技部、国家自然科学基金以及中科院重点部署项目的资助。文章链接图示:a.mtEF4与细胞能量代谢关系;b.癌变组织mtEF4表达升高。

癌症的病因及其治疗一直是人们研究的重点方向,特别是过去几十年中基于基因干扰的癌症治疗手段展现出巨大的潜力,成为研究的热点,其中microRNA用于调控表达异常的基因。然而,依靠单一RNA干扰策略仍然是次优的,这受到不希望的严重副作用的限制。秦燕课题组与温永强团队通过密切合作,将microRNA与纳米颗粒有机结合起来,实现肿瘤的靶向治疗。microRNA-31与线粒体翻译延长因子4的3’非翻译区结合,导致其信使RNA和蛋白质水平下调,进而通过线粒体相关途径引发癌细胞凋亡。为了达到更好的治疗效果,合作团队通过层层组装的方法合成了一种基于介孔二氧化硅的纳米载药体系。通过表面功能化和肿瘤表达物的特异性修饰,制备的药物递送系统可以主动靶向到肿瘤,在其微酸性环境的刺激下释放抗癌药物。最后,活体实验表明该体系可以有效抑制小鼠肿瘤细胞增殖并促进肿瘤细胞凋亡。

该工作由生物物理所及温州医科大学合作完成。生物物理所研究员秦燕、卫涛涛及温州医科大学教授吕斌为该论文的共同通讯作者,生物物理所朱萍、刘永章及张凤林为论文的并列第一作者。该研究工作还得到了中国科技部、国家自然科学基金以及中科院重点部署项目的资助。

合作团队还开发了同时包被microRNA与化疗药物的纳米颗粒,将miR31与ODX引入到高MTEF4癌细胞中,实现了基因调控与化疗的协同效应。结果表明基因干扰与化疗的联合作用,强调了miR-31不仅直接靶向mtEF4以通过线粒体相关途径促进细胞死亡,而且在与阿霉素联合使用时得到了优异的“超加和效应”。