N6-异戊烯腺嘌呤核苷通过靶向PKM2表达和活性抑制胶质母细胞瘤的有氧糖酵解

N6-isopentenyladenosine inhibits aerobic glycolysis in glioblastoma cells by targeting PKM2 expression and activity.

作者信息Cristina Pagano, Laura Coppola, Giovanna Navarra, Giorgio Avilia, Beatrice Savarese, Giovanni Torelli, Sara Bruzzaniti, Erica Piemonte, Mario Galgani, Chiara Laezza, Maurizio Bifulco
PMID38514913
发布时间2024-05
DOI10.1002/2211-5463.13766

实验完整度

包含细胞系和原代细胞等多个证据层级,通过Seahorse、ATP/乳酸检测、Western blot和RT-qPCR等进行功能及机制验证。

主要模型

U87MG胶质母细胞瘤细胞系 U87MG-EGFRwt(EGFR野生型过表达)细胞系 U87MG-EGFRvIII(EGFRvIII过表达)细胞系 GBM4原代胶质母细胞瘤患者来源细胞 正常人星形胶质细胞(NHA)原代细胞

重点核对

iPA处理浓度:10 μM iPA处理时间:24小时(部分实验为18和24小时) Seahorse分析细胞密度:2×10^4细胞/孔 DASA-58预处理浓度:20 μM,预处理12小时 BrdU实验细胞密度:1×10^4细胞/孔,iPA处理48小时

摘要

胶质母细胞瘤(GBM)是中枢神经系统的一种原发性肿瘤,预后不良。它表现出葡萄糖摄取和乳酸产生增加。这种有氧糖酵解的代谢状态被称为Warburg效应。N6-异戊烯腺嘌呤核苷(iPA),一种天然细胞分裂素,带有源自甲羟戊酸途径的异戊烯基部分,具有公认的抗肿瘤活性。它抑制胶质瘤细胞增殖,通过凋亡和/或坏死性凋亡诱导细胞死亡。在本研究中,我们发现iPA抑制未修饰的U87MG细胞以及同一细胞系中被工程改造为过表达野生型表皮生长因子受体(EGFR)或EGFR变体III(vIII)的细胞的有氧糖酵解,也抑制原代GBM4患者来源细胞系。糖酵解检测显示iPA处理抑制了ATP和乳酸的生成。我们还评估了iPA处理对正常人星形胶质细胞原代细胞(大脑的健康对应细胞)的反应。与GBM细胞相比,处理后的正常星形胶质细胞的有氧糖酵解没有显著变化。为确定iPA对有氧糖酵解的作用机制,我们研究了参与该代谢途径的某些酶的表达。我们观察到iPA降低了丙酮酸激酶M2(PKM2)的表达,PKM2在有氧糖酵解调控中起关键作用,促进肿瘤细胞增殖。PKM2表达的降低是iPA处理抑制核因子κB激酶亚基β/核因子-κB通路的结果。总之,这些实验结果表明,iPA可能通过靶向PKM2的表达和活性来抑制稳定细胞系和原代GBM细胞的有氧糖酵解。

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
iPA是否及如何抑制胶质母细胞瘤细胞的有氧糖酵解?
核心机制
iPA通过抑制IKKβ/NF-κB信号通路的磷酸化,降低NF-κB与PKM启动子的结合,从而下调PKM2表达和活性,抑制有氧糖酵解。
主要证据
Seahorse分析显示iPA降低ECAR参数(糖酵解和糖酵解能力);ATP和乳酸产生减少;DASA-58(PKM2激活剂)预处理部分逆转了iPA对ATP和乳酸的影响;Western blot显示IKKβ、IκBα、NF-κB磷酸化水平降低,PKM2表达减少。
研究意义
研究提示iPA可能作为靶向PKM2的潜在治疗药物用于GBM治疗,但需进一步评估其疗效和安全性。

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

评估iPA对GBM细胞增殖和活力的影响

确定iPA对GBM细胞增殖和活力的基础作用,为后续代谢实验提供剂量和时间依据。

通过BrdU实验和MTT实验检测不同浓度iPA(0-10 μM)处理后GBM细胞和NHA细胞的增殖和活力。

2

检测iPA对糖酵解的影响

验证iPA是否抑制GBM细胞的有氧糖酵解。

使用Seahorse XFe-96分析仪检测iPA处理24小时后的ECAR参数,并测量ATP和乳酸生成。

3

探讨PKM2在iPA抑制糖酵解中的作用

验证iPA是否通过影响PKM2的酶活性来抑制有氧糖酵解。

使用PKM2激活剂DASA-58预处理GBM细胞,再与iPA共处理,检测ATP和乳酸水平。

4

分析iPA对糖酵解酶表达的影响

确定iPA影响糖酵解途径中的哪些关键酶。

通过RT-qPCR检测GLUT1、HK1、HK2和PKM2的mRNA表达水平。

5

研究iPA对NF-κB信号通路的调控

探索iPA下调PKM2表达的上游分子机制。

通过Western blot检测IKKβ、IκBα、NF-κB的磷酸化水平以及PKM2蛋白表达。

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
N6-异戊烯腺嘌呤核苷Sigma-Aldrich--
DASA-58Sigma-AldrichSML2853
U87MG细胞系ElabscienceEP-CL-0238
正常人星形胶质细胞Life SciencesP10251
DMEM培养基Gibco, Thermo Fisher Scientific--
L-谷氨酰胺Lonza--
非必需氨基酸Lonza--
抗支原体试剂Plasmocin™InvivoGen--
星形胶质细胞基础培养基Lonza--
星形胶质细胞生长培养基SingleQuots试剂盒Lonza--
Illumina EPIC阵列850 Beads-ChipIllumina--
RIPA裂解液Sigma-Aldrich--
抗PKM2抗体Cell Signaling Technology#4053
抗IκB-α抗体Santa Cruz Biotechnology, Inc.sc-371
抗磷酸化IκB-α (Ser32/S36)抗体ElabscienceE-AB-20911
抗IKKβ抗体Cell Signaling Technology#2678
抗磷酸化IKKα/β (S176/180)抗体ElabscienceE-AB-68178
抗NF-κB抗体Cell Signaling Technology#6956
抗磷酸化NF-κB (Ser536)抗体Cell Signaling Technology#13346
抗β-肌动蛋白抗体Santa Cruz Biotechnology, Inc.sc-47778
抗α-微管蛋白抗体Cell Signaling Technology#2144
XFe-96分析仪Agilent Technologies--
XFe-96微孔板Agilent Technologies--
XF DMEM培养基Agilent Technologies--
葡萄糖Sigma-Aldrich--
寡霉素Sigma-Aldrich--
2-脱氧葡萄糖Sigma-Aldrich--
CellTiter-Glo®发光细胞活力检测试剂盒Promega Italia s.r.lG7570
Synergy™ HT发光检测仪BioTek Instruments Inc.--
5-溴-2'-脱氧尿苷ELISA试剂盒Roche--
Synergy HT微板读取器BioTek Instruments Inc.--
EuroGold Trifast试剂EuroCloneEMR507100
NanoDrop分光光度计Thermo Fisher Scientific--
SuperScript II逆转录酶Invitrogen--
SYBR Green I荧光染料Promega Italia s.r.l--
CFX Opus 96实时荧光定量PCR系统Bio-Rad Laboratories GmbH--
L-乳酸比色检测试剂盒ElabscienceE-BC-K044-S
GraphPad Prism软件GraphPad Software Inc.--

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
药物处理
iPA浓度(10 μM),DASA-58浓度(20 μM),iPA处理时间(24小时),DASA-58预处理时间(12小时)
阅读提示:见方法部分'Drugs and reagents'和'Results'相关图注
细胞培养
细胞系(U87MG、U87MG-EGFRwt、U87MG-EGFRvIII、NHA、GBM4),培养条件(DMEM或ABM/AGM培养基,37°C,5% CO2)
阅读提示:见方法部分'Cell culture'
糖酵解检测
Seahorse细胞密度(2×10^4细胞/孔),处理时间(18和24小时),检测条件(葡萄糖、寡霉素、2DG浓度)
阅读提示:见方法部分'Seahorse analysis'和图1、2图注
ATP和乳酸检测
细胞数量(ATP检测2.5×10^4细胞/孔),试剂盒(CellTiter-Glo、L-乳酸试剂盒),处理时间(24小时)
阅读提示:见方法部分'ATP assay'和'Lactic acid assay kit'
基因表达分析
iPA浓度(10 μM),处理时间(24小时),RNA提取数量(8×10^5细胞/cm^2),RT-qPCR循环条件
阅读提示:见方法部分'RNA isolation and quantitative real-time PCR'
蛋白质表达分析
iPA浓度(10 μM),处理时间(3、6、18、24小时),抗体列表及稀释
阅读提示:见方法部分'Western blot analysis'和图6图注