ریبوز مشتق شده از یوریدین به عنوان منبع انرژی جایگزین

در مطالعه اخیر منتشر شده در متابولیسم طبیعتمحققان تلاش کردند تا ژن ها و مسیرهای مولکولی جدیدی را شناسایی کنند که ممکن است در صورت محدود بودن در دسترس بودن گلوکز یا سایر مواد مغذی، انرژی را تامین کنند.

زمینه

در غیاب گلوکز یا در دسترس بودن محدود آن، مواد مغذی جایگزین باید توسط تمام سلول های زنده برای تحمل از دست دادن کامل گلوکز، منبع انرژی و کربن مورد نیاز برای رشد، مهار شوند. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که بخش ریبوز یوریدین، بلوک‌های سازنده نوکلئوتیدهای اسید ریبونوکلئیک (RNA)، می‌تواند به مهار انرژی از طریق سه مسیر به شرح زیر کمک کند:

i) یوریدین فسفوریلاز 1 (UPP1)/ برش فسفورولیتیک کاتالیز شده با UPP2 یوریدین به اوراسیل و ریبوز-1-فسفات (R1P).

ii) تبدیل R1P به گلیسرآلدئید-3-P و فروکتوز-6-P از طریق مسیر پنتوز فسفات (PPP).

iii) استفاده از گلیکولیتیک برای تولید سوخت آدنوزین تری فسفات (ATP)، بیوسنتز و گلوکونئوژنز.

RNA یک مولکول ناپایدار است، یعنی به RNase ها بسیار حساس است. با این حال، یوریدین مشتق از RNA در غیاب گلوکز در گلیکوزیلاسیون نقش دارد و یوریدین فسفوریلاز به حفظ سطح ATP در طول محدودیت گلوکز در مغز کمک می کند.

در مورد مطالعه

در مطالعه حاضر، محققان با استفاده از سلول‌های K562 بیانگر UPP1 که در محیط‌های بدون گلوکز رشد کرده بودند، یک صفحه نمایش کاهش پروتئین 9 مرتبط با تکرارهای پالیندرومیک کوتاه با تکرارهای پالیندرومی با فاصله منظم با فاصله منظم با CRISPR انجام دادند. محیط Eagle اصلاح شده Dulbecco (DMEM)، هر دو بستر ضعیف برای گلیکولیز، و سنجش رشد PRISM در بین 482 رده سلول سرطانی، که 22 از آنها دودمان تومور جامد هستند.

آنها ظرفیت این سلول ها را برای انجام گلیکولیز از ریبوز مشتق شده از یوریدین در دودمان سلولی سرطانی، ماکروفاژهای اولیه و یک مدل موش تایید کردند. in vivo. آنها همچنین مکانیسمی را که یوریدین برای تسهیل رشد سلول های بیان کننده UPP1 به کار می گیرد، بررسی کردند. علاوه بر این، آنها سلول های K562 را با کتابخانه ORFeome v8.1 متشکل از 17255 فریم خواندن باز بارکد (ORF) و بارکدهای توالی پس از برداشت آن سلول ها 21 روز بعد با استفاده از توالی یابی نسل بعدی، تبدیل کردند.

این تیم همچنین یک آزمایش ردیاب برای آزمایش اینکه آیا ریبوز مشتق شده از یوریدین می تواند به عنوان یک سوبسترای گلیکولیز عمل کند، طراحی کرد. برای این منظور، آنها از یوریدین با برچسب ایزوتوپی با پنج کربن ریبوز (13C5-uridine) استفاده کردند و کروماتوگرافی مایع-طیف‌سنجی جرمی (LC-MS) را انجام دادند.

نتایج

آزمایش‌ها با سلول‌های K562 بیانگر UPP1 نشان داد که افزایش فعالیت یوریدین فسفوریلاز در محیط بدون قند همراه با RNA رشد سلولی را در غیاب کامل گلوکز تسهیل می‌کند. برعکس، بیان UPP1/UPP2 یا افزودن یوریدین، هیچ تاثیری در محیط حاوی گلوکز نداشت.

در توافق با صفحه نمایش ORF، UPP1 بالاترین امتیاز رونوشت ژنوم در مجموعه PRISM بود، یعنی به خوبی در سطح مولکولی مشخص شد. بنابراین، بسیاری از رده های سلولی از این مجموعه به خوبی در یوریدین رشد کردند، به عنوان مثال، دودمان ملانوم و گلیوم. به طور کلی، این آزمایش‌ها تأیید کردند که بیان درون‌زا UPP1 برای رشد سلول‌های سرطانی روی یوریدین ضروری است.

بسیاری از مطالعات قبلی نشان داده اند که سلول های زنده با کمبود میتوکندری (که برای فسفوریلاسیون اکسیداتیو ضروری است) برای سنتز پیریمیدین به یوریدین وابسته هستند، فعالیتی که با زنجیره انتقال الکترون همراه است. با این حال، درک نشده است که مکمل یوریدین به نفع رشد سلول در طول کاهش گلوکز است.

در این مطالعه، نویسندگان نشان دادند که یوریدین همچنین به عنوان بستری برای انرژی (یا تولید ATP) و گلوکونئوژنز جدا از بیوسنتز RNA در غیاب گلوکز عمل می‌کند. در سطح مولکولی، UPP1/UPP2 بخش ریبوز مشتق از یوریدین را به صورت فسفورولیتیک شکافت و آن را از طریق فرآیندهای غیر oxPPP و گلیکولیتیک عبور داد، بنابراین، متابولیسم نوکلئوتید و گلوکونئوژنز را تسهیل کرد.

بر این اساس، نویسندگان مقدار قابل توجهی از برچسب‌گذاری را در واسطه‌های گلیکولیتیک مشاهده کردند و لاکتات ترشح کردند که سلول‌ها با یوریدین تکمیل می‌شدند در حالی که در یک محیط بدون قند تکثیر می‌شدند. آنها همچنین الگوهای برچسب گذاری را از ریبوز مشتق شده از یوریدین در کبد و کل ارگانیسم شناسایی کردند. in vivo.

Wice و همکاران، Loffler و همکاران، و Linker و همکاران، همگی یوریدین را با سایر نوکلئوزیدها با استفاده از آزمایش‌های ردیاب مشابه مقایسه کردند. آنها جذب کربن های مشتق شده از یوریدین را در اکثر کشت های سلولی پستانداران و جنین مرغ مشاهده کردند. با این حال، از آنجایی که آنها لاکتات و پیروات را شناسایی نکردند، پیشنهاد کردند که سلول‌ها انرژی را به طور کامل از گلوتامین به هنگام کاهش گلوکز دریافت می‌کنند.

مطالعات دیگر گزارش کردند که یوریدین از نورون‌های قشر مغز محافظت می‌کند و آستروسیت‌ها را از مرگ سلولی ناشی از محرومیت از گلوکز تحریک می‌کند، مشابه ATP، بنابراین، این فرضیه را مطرح می‌کند که یوریدین نیز می‌تواند منبع ATP باشد. نتایج پژوهش حاضر با این فرضیه مطابقت داشت.

نتیجه گیری

برای نتیجه گیری، نویسندگان مشاهده کردند که ظرفیت مهار انرژی و بلوک های سازنده کربن از یوریدین گسترده بود. علاوه بر این، نویسندگان خاطرنشان کردند که UPP1 قوی‌ترین جایگاه ژنی با ویژگی کمی برای یوریدین در گردش است و عامل کلیدی تعیین‌کننده یوریدین در گردش، فعالیت یوریدین فسفوریلاز است.

بر این اساس، رده های سلولی سرطان گلیوما و ملانوم، ماکروفاژهای اولیه با منشاء انسان و موش، و حتی بافت هایی که UPP1/UPP2 را بیان می کنند. in vivo، همه ظرفیت استثنایی برای کاتابولیسم یا گلیکولیز ریبوز مشتق از یوریدین نشان دادند. بر اساس مطالعات بیان ژن، یوریدین ممکن است منبع انرژی جایگزین در سلول های خونی، مغز، ریه، کلیه ها و برخی سرطان ها باشد. همچنین احتمال آن بسیار زیاد است زیرا یوریدین یک نوکلئوزید محلول است که در گردش خون فراوان است.