服务案例

国家模式与特色实验细胞资源库助力糖异生关键代谢酶FBP1磷酸化蛋白质的研究

服务时间：2021-1-1/2022-12-30

服务对象和范围：中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）杨巍维研究组、中国科学院大连化学物理研究所李国辉研究员、广州大学王雄军教授及复旦大学附属中山医院李全林教授。

服务背景和意义：以代谢酶和代谢物为核心的代谢网络是细胞生命活动的物质能量基础，而肿瘤细胞的癌变过程频繁伴随分子水平上的代谢重塑。例如，代谢酶基因的突变或者表达水平的变化，会导致代谢物的胞内含量发生显著改变，这种“经典”的代谢重排现象可在肿瘤演进中发挥关键作用。此外，近年来的系列研究发现，某些代谢酶和代谢物还可通过“非经典”（non-canonical）的兼有功能（moonlighting functions），在另一层次上调控肿瘤的发生发展。新的证据表明，一些催化代谢物磷酸化的代谢酶也可以作为蛋白质激酶磷酸化各种蛋白质底物，从而调节细胞周期、细胞凋亡和许多其他的细胞过程。然而，代谢酶能否作为蛋白质磷酸酶去磷酸化蛋白质却鲜为人知。

服务成效：在此项研究中，他们通过分子对接和分子动力学（MD）模拟对代谢磷酸酶进行了高通量筛选，发现糖异生途径的关键代谢酶FBP1可作为蛋白质磷酸酶。FBP1在糖异生途径中负责催化果糖1,6-二磷酸（F-1,6-BP）水解为果糖6-磷酸（F-6-P）。他们进一步通过磷酸化蛋白质组学分析确定IκBα是FBP1去磷酸化的蛋白底物。机制上，在TNFα等炎症因子刺激下，FBP1 第213位天冬酰胺（N213）直接与IκBα相互作用并去磷酸化IκBα第32/36位丝氨酸（S32/36），从而抑制NF-κB信号的激活。MD模拟结果显示，FBP1介导的IκBα去磷酸化的催化机制与F-1,6-BP去磷酸化类似，只是IκBα去磷酸化具有更高的能垒。功能上，FBP1依赖的NF-κB失活通过增加肿瘤细胞对炎症刺激的敏感性和阻止骨髓源性抑制细胞（MDSCs）的动员来抑制结直肠肿瘤的发生。此外，结直肠癌患者肿瘤组织中FBP1的表达与NF-κB的激活、肿瘤细胞的存活及MDSCs的浸润相关。该研究揭示了糖异生关键代谢酶果糖1,6-二磷酸酶1（FBP1）能够行使蛋白磷酸酶的功能，并明确了FBP1介导的IκBα去磷酸化在结直肠癌发生中的关键作用。该项成果以“Fructose-1,6-bisphosphatase 1 dephosphorylates IκBα and suppresses colorectal tumorigenesis”为题于2023年1月16日发表在国际学术期刊《Cell Research》。

服务内容和主要方式：国家模式与特色实验细胞资源库为该项研究的开展提供了人结肠癌细胞HCT 116、人胚肾细胞HEK293T等重要实验细胞材料，全力支撑其开展细胞代谢调控与癌症等重大疾病的研究。我库长期为杨巍维研究员团队提供肿瘤相关实验细胞，支撑其开展细胞代谢调控与癌症等重大疾病的研究，助力该用户在《Nature Communications》、《Nature Metabolism》、《Cell Research》、《Advanced Science》等期刊发表原创性研究成果。近几年来，本平台以用户需求为导向，及时开展资源的针对性收集和目的性保藏，为重大科学研究和高水平科研成果提供高质量细胞资源和技术支撑。

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