Science：发现细胞能量新来源

在发表于6月3日《科学》（Science）杂志上的一篇论文中，西班牙的研究人员第一次描述了在细胞核中为重塑染色质和重编程基因表达生成能量的一条信号通路。他们还确定了参与这一过程每一步的一些酶的功能，以及它们响应压力信号激活的机制。他们的结果将有助于理解染色质重塑的潜在机制，它与DNA损伤及癌症之间的关系。

　　

生物通报道  我们的所有细胞都需要ATP？这一在线粒体中生成的小分子涵盖了细胞代谢、动力学和生长所需的能量。而在较低的程度上，尤其是在癌细胞中，葡萄糖降解过程中获得的能量也能让细胞质中生成ATP。这些ATP来源足以满足正常条件下细胞的能量需求。然而，响应压力诱导的外部信号或广泛的DNA损伤，细胞需要整体重编程它们的基因表达模式，这一过程要求广泛重塑染色质以获取编码在DNA中的调控信息。

细胞核中的DNA被包装成染色质，以这种形式阻止获取遗传信息。整体重编程基因表达以应对应激状况和高水平的DNA损伤要求解开DNA与染色质蛋白之间的相互作用。染色质蛋白修饰会消耗大量的能量。为了满足这些特殊需求，因此细胞需要额外的能量，因此一个新信号通路被激活以便获得更多可用的ATP。

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在发表于6月3日《科学》（Science）杂志上的一篇论文中，基因组调控中心(CRG)的Miguel Beato领导研究人员与庞培法布拉大学、巴塞罗纳生物医学研究所及罗维拉-威尔吉利大学合作，第一次描述了在细胞核中为重塑染色质和重编程基因表达生成能量的一条信号通路。他们还确定了参与这一过程每一步的一些酶的功能，以及它们响应压力信号激活的机制。他们的结果将有助于理解染色质重塑的潜在机制，它与DNA损伤及癌症之间的关系。

“一些特殊情况要求采取特别的措施。当细胞需要应付基因表达整体重编程时，它们要求在细胞核中获得大量的能量。在这些情况下，细胞会阻止线粒体和细胞质中的ATP生成，将焦点放在细胞核中的主要任务上，”Miguel Beato说。

研究人员发现，染色质解压缩和DNA损伤修复中的一个主要作用因子poly-ADP-ribose (PAR)是核ATP合成的基础。核酶NUDIX5利用了它的ADP-ribose构件来生成ATP。阻断NUDIX5活性可阻止染色质重塑、基因表达重编程及细胞适应压力或DNA损伤。

“我们的研究结果指出NUDIX5是合成核ATP实现染色质重塑的一个关键作用因子。由于NUDIX5在各种类型的癌症中过表达，因此这一基础发现有可能促成靶向性癌症药物。NUDIX5可作为癌症分层的一个生物标记物和未来癌症治疗的一个新潜在靶点，”论文的第一作者、CRC博士后Roni Wright说。

众所周知，癌细胞是贪婪的能源消费者，它们贪吃大量的葡萄糖。最近，经验丰富的癌症代谢研究员Deepak Nagrath带领的课题组，对他们一项最新的癌症研究结果感到非常惊讶：他在莱斯大学的实验室通过实验表明，某些癌细胞通过进食它们邻近细胞的“言语”，而获得30%到60 %的燃料。相关研究结果发表在2016年的《eLife》杂志上（癌细胞惊人之举：将信号转换成能量 ）。

快速生长的肿瘤，非常依赖营养物质的高效转运。GLUT是一种重要的转运蛋白，负责将糖类运入细胞。瑞典Karolinska研究所的研究人员首次解析了GLUT转运蛋白的工作机制，文章发表在2013年的Nature Structural & Molecular Biology杂志上。他们希望这一研究能够为抗癌新药物的开发提供基础（Nature子刊：描绘癌细胞的能源泵）。

斯克里普斯研究所（TSRI）的生物化学家们发现一条遗传序列可以改变宿主基因对细胞能量水平的反应。科学家们发现在细菌中这一特殊的能量感应开关可以成为新的一类强有力抗生素的靶点。这一发现为我们理解生物学中最重要的一个过程——细胞如何感应并处理能量水平提供了新层面。研究结果发表2012年的Nature Chemical Biology杂志上（Nature子刊揭示细胞能量感应开关 ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引:

ADP-ribose–derived nuclear ATP synthesis by NUDIX5 is required for chromatin remodeling

Key nuclear processes in eukaryotes, including DNA replication, repair, and gene regulation, require extensive chromatin remodeling catalyzed by energy-consuming enzymes. It remains unclear how the ATP demands of such processes are met in response to rapid stimuli. We analyzed this question in the context of the massive gene regulation changes induced by progestins in breast cancer cells and found that ATP is generated in the cell nucleus via the hydrolysis of poly(ADP-ribose) to ADP-ribose. In the presence of pyrophosphate, ADP-ribose is used by the pyrophosphatase NUDIX5 to generate nuclear ATP. The nuclear source of ATP is essential for hormone-induced chromatin remodeling, transcriptional regulation, and cell proliferation.