PRMT1介导的PGK1精氨酸甲基化促进结直肠癌糖酵解和肿瘤发生

PRMT1-mediated PGK1 arginine methylation promotes colorectal cancer glycolysis and tumorigenesis.

作者信息Hao Liu, Xintian Chen, Pengfei Wang, Miaolei Chen, Chuyin Deng, Xingyou Qian, Jin Bai, Zhongwei Li, Xiangyang Yu
PMID38402202
发布时间2024-02
DOI10.1038/s41419-024-06544-6

实验完整度

包括体外细胞实验、体内异种移植瘤模型、患者组织样本分析以及分子动力学模拟,涵盖功能验证和机制验证。

主要模型

HCT116细胞 DLD1细胞 LOVO细胞 BALB/c裸鼠异种移植瘤模型

重点核对

HCT116和DLD1细胞中PRMT1的过表达或敲低 PRMT1抑制剂GSK3368715处理(3.1 nM,48小时) PGK1 R206K突变体 BALB/c裸鼠皮下移植瘤模型(每组6只) 患者组织样本(96例和207例)的IHC分析

摘要

许多类型的癌细胞,包括结直肠癌细胞(CRC),可以同时增强糖酵解并抑制线粒体三羧酸(TCA)循环,这被称为Warburg效应。然而,结直肠癌中糖酵解途径异常激活的详细机制在很大程度上是未知的。在本研究中,我们揭示了蛋白质精氨酸甲基转移酶1(PRMT1)促进CRC细胞的糖酵解、增殖和肿瘤发生。机制上,PRMT1介导的磷酸甘油酸激酶1(PGK1,糖酵解中第一个产生ATP的酶)在R206位点的精氨酸不对称二甲基化修饰(meR206-PGK1)增强了PGK1在S203位点的磷酸化水平(pS203-PGK1),从而抑制线粒体功能并促进糖酵解。我们发现在结直肠癌患者的组织中,PRMT1和meR206-PGK1的表达与pS203-PGK1的表达正相关。此外,我们还证实了meR206-PGK1的表达与结直肠癌患者的不良生存期正相关。我们的发现表明,PRMT1和meR206-PGK1可能成为CRC患者预后的有前景的预测生物标志物,并且精氨酸甲基转移酶抑制剂在结直肠癌治疗中具有巨大潜力。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
PRMT1是否参与结直肠癌异常糖酵解及其分子机制是什么?
核心机制
PRMT1介导PGK1 R206位点的精氨酸不对称二甲基化修饰,增强ERK介导的S203位点磷酸化,促进PGK1线粒体定位,进而磷酸化PDHK1,抑制PDH复合物依赖的丙酮酸利用,削弱线粒体功能,增强糖酵解。
主要证据
在CRC细胞系中敲低或过表达PRMT1及PGK1 R206K突变体,检测葡萄糖摄取、乳酸产生、ECAR、OCR和细胞增殖;异种移植瘤模型和患者组织IHC分析显示表达相关性及预后关联。
研究意义
PRMT1和meR206-PGK1可能成为结直肠癌预后预测生物标志物,精氨酸甲基转移酶抑制剂在结直肠癌治疗中具有潜在价值。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

验证PRMT1对结直肠癌细胞糖酵解的影响

探究PRMT1是否调节结直肠癌细胞糖酵解

在HCT116和DLD1细胞中过表达或敲低PRMT1,或用PRMT1抑制剂GSK3368715处理,检测葡萄糖摄取、乳酸产生和细胞外酸化率(ECAR)。

2

鉴定PRMT1催化的PGK1精氨酸甲基化位点

确定PRMT1对PGK1的甲基化修饰位点

通过免疫沉淀结合质谱分析鉴定PGK1甲基化位点,构建R206K和R330K突变体,检测ADMA水平变化。

3

验证meR206-PGK1对ERK介导的PGK1磷酸化及糖酵解的影响

探究meR206-PGK1是否影响ERK介导的S203磷酸化及糖酵解功能

在HCT116和HEK293T细胞中表达野生型或R206K突变体PGK1,检测pS203-PGK1水平、PGK1-ERK相互作用、线粒体定位及糖酵解相关指标。

4

评估meR206-PGK1对线粒体功能和TCA循环的影响

研究meR206-PGK1对线粒体功能的作用

在PRMT1过表达、敲低或GSK3368715处理的HCT116细胞中,以及稳定表达野生型或R206K突变体PGK1的细胞中,检测OCR和PDHK1/PDHA1磷酸化水平。

5

验证PRMT1-meR206-PGK1轴对CRC细胞增殖和肿瘤发生的影响

评估该通路在体外和体内对肿瘤生长的作用

通过CCK-8和集落形成实验检测细胞增殖,通过裸鼠皮下移植瘤模型评估GSK3368715处理和PGK1-R206K突变体对肿瘤生长的影响。

6

分析临床样本中PRMT1-meR206-PGK1表达与预后相关性

评估该通路在结直肠癌患者中的临床意义

通过免疫组化检测结直肠癌组织芯片和配对标本中PRMT1、meR206-PGK1和pS203-PGK1的表达,并分析表达相关性和患者生存。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基KeyGEN BioTECHKGL1207-500
F12培养基KeyGEN BioTECHKGL1304-500
siLenFect转染试剂Thermo Fisher Scientific Inc--
Lipofectamine 2000转染试剂Life Technologies--
抗PRMT1抗体Proteintech11279-1-AP
抗PGK1抗体Proteintech17811-1-AP
抗GAPDH抗体Proteintech60004-1-AP
抗ADMA抗体Cell Signaling Technology13522S
抗Flag抗体AbmartM29998
抗pS203-PGK1抗体Signalway AntibodySAB487P
抗meR206-PGK1抗体Signalway AntibodySAB487P-1
抗PDHA1抗体AbclonalA22081
抗p-PDHA1抗体AbclonalAP1022
抗PDHK1抗体AbclonalA0834
抗p-PDHK1抗体Signalway Antibody11596
抗ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4695S
抗磷酸化ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4370S
SCH772984MedChemExpressHY-50846
GSK3368715MedChemExpressHY-128717A
抗meR206-PGK1抗体Gl biochem--
Ki-67抗体CST12202S
Seahorse XF96细胞外通量分析仪Seahorse Bioscience--
葡萄糖检测试剂盒Shanghai Rongsheng Biotech--
乳酸检测试剂盒Shanghai Rongsheng Biotech--
CCK-8试剂盒VICMIDVC5001L-500T
基质胶Corning--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养
细胞系来源(中国科学院细胞库)、培养基(DMEM或F12)、血清浓度(10% FBS)、培养条件(37°C、5% CO2)
阅读提示:Materials and Methods, Cell Culture and cell treatment
siRNA和质粒转染
siRNA浓度(50 nM)、转染试剂(siLenFect和Lipofectamine 2000)
阅读提示:Materials and Methods, Cell Culture and cell treatment
WB和抗体
特异性抗体(PRMT1、PGK1、GAPDH、ADMA、Flag、pS203-PGK1、meR206-PGK1、PDHA1、p-PDHA1、PDHK1、p-PDHK1、ERK1/2、p-ERK1/2)及其稀释比例
阅读提示:Materials and Methods, Western blot analysis and antibodies
代谢检测
Seahorse分析仪型号(XF96)、葡萄糖摄取/乳酸检测试剂盒、ECAR/OCR检测条件(葡萄糖、寡霉素、2-DG、FCCP、抗霉素A/鱼藤酮浓度)
阅读提示:Materials and Methods, Seahorse assays, glucose uptake, and lactate production
动物实验
小鼠品系(BALB/c裸鼠)、周龄(6-8周)、细胞接种量(4×10^6)、GSK3368715剂量(100 mg/kg)、给药方式(腹腔注射)、给药周期(每天一次,持续两周)
阅读提示:Materials and Methods, Animal work
分子动力学模拟
PDB ID(2WZB)、水模型(TIP3P)、离子浓度(150 mM KCl)、力场(CHARMM36)、模拟软件(NAMD2.12)、平衡时间(55 ns)
阅读提示:Materials and Methods, Molecular dynamics simulations and structure analysis