【导读】ME2在癌症发生过程中经常升高，可能是癌症治疗的靶点，它催化苹果酸转化为丙酮酸。然而，控制ME2活性的过程目前仍不清楚。
11月11日，贵州医科大学罗鹏教授研究团队在期刊《Cell Death&Disease》上发表了研究论文，题为“PRMT1-mediated methylation of ME2 promotes hepatocellular carcinoma growth by inhibiting ubiquitination”，本研究中，研究人员发现人类肝细胞癌（HCC）组织中ME2的含量较高，并且ME2的甲基化会刺激HCC细胞的生长和迁移。此外，研究人员观察到ME2与PRMT1相互作用，并且ME2的酶活性在ME2赖氨酸67位点发生突变时被激活。激活的ME2显著提高了线粒体呼吸作用，促进了细胞分裂和癌变。另外，HCC组织中PRMT1和ME2 R67K的表达水平与患者的不良预后密切相关。这些发现表明，肝细胞癌的生长是由PRMT1介导的ME2甲基化所促进的，这是癌细胞继续进行线粒体呼吸所必需的信号事件。
https://www.nature.com/articles/s41419-024-07219-y#Sec30
背景信息
01
原发性肝癌在全球癌症相关死亡率中排名第二，是最常见的七种肿瘤之一。其发病率逐年上升。2020年全球有超过90.6万人被诊断出患有肝癌。肝细胞癌（HCC）是影响约75%肝癌患者的最常见类型。尽管有多种治疗选择，如靶向治疗、放疗、免疫治疗和外科切除，但HCC患者的5年生存率仍然很低。这是因为HCC进展迅速，容易产生药物耐药。为了改善HCC患者的临床预后，弄清楚关键的临床和分子特征如何影响患者的疾病进程和对治疗的反应至关重要。
肝细胞癌与肝脏代谢相关联，因为肝脏是参与代谢的器官。细胞代谢重编程已被确定为癌症的特征之一。随着肿瘤的进展，肿瘤代谢可能会影响癌细胞的表型并促进其侵袭性。越来越多的研究表明，代谢酶的异常表达在肿瘤细胞的生长中起着重要作用。根据以往的研究，过度的高血糖通过将代谢酶PKM2转位到细胞核，促进HCC的扩散，从而加强了免疫抑制环境。此外，TERT的脱磷酸化会抑制肿瘤的发展，而果糖-1,6-二磷酸酶1则会抑制肿瘤的发展。
在哺乳动物细胞中，已鉴定出三种ME异构体：线粒体NADP+依赖型异构体（ME2）、胞质NADP+依赖型异构体（ME1）和线粒体NADP+依赖型异构体（ME3）。ME的两个主要异构体是ME1和ME2。在这些异构体中，ME2在细胞中更为常见，比ME1或ME3更能调节细胞代谢。此外，ME2显著改善癌细胞的脂质和谷氨酰胺代谢，满足癌细胞的高代谢需求。ME2与恶性肿瘤的发生有关，在多种癌症中呈可变表达。NADPH的产生及其氧化还原控制能力赋予ME2强大的致癌功能。然而，ME2在肝癌中的作用机制鲜有报道。
ME2甲基化促进肝细胞癌细胞增殖和侵袭性转移能力
02
之前有报道称R67是甲基化的残基，因此研究人员通过将R67突变为赖氨酸（ME2-R67K）来构建一个精氨酸突变体，并将其与野生型ME2（ME2-WT）进行比较，以分析ME2甲基化对肝细胞癌发展的影响。克隆实验表明，ME2-WT可以增强HCC细胞形成克隆的能力，而ME2-R67K失去了这种促进作用。CCK-8和细胞悬浮实验表明，ME2-WT促进HCC细胞的活性和干细胞特性，而ME2-R67K失去了促进HCC细胞活性和干细胞特性的能力。迁移和细胞划痕实验的结果表明，ME2-WT刺激HCC细胞的侵袭和迁移，而ME2-R67K则没有。这些研究表明，ME2甲基化可能刺激肝细胞癌细胞的生长、侵袭和转移；然而，在ME2 R67区域的精氨酸突变后，对肝细胞癌细胞的影响大大降低或被消除。
ME2甲基化促进肝癌细胞的增殖和侵袭性转移
PRMT1通过ME2促进肝细胞癌细胞的增殖和侵袭性转移
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在之前的实验中，研究人员观察到在肝细胞癌中，ME2与PRMT1相互作用，在HCC细胞的生长和侵袭性转移中发挥作用。接下来，研究人员研究了PRMT1对ME2的调节是否对肝细胞癌有影响。研究人员首先构建了过表达PRMT1的HCC细胞（PRMT1）和过表达PRMT1同时干扰ME2表达的HCC细胞（PRMT1+si-ME2）。随后，分析了不同HCC细胞群的增殖活力、干细胞特性和侵袭性迁移能力。平板克隆实验、CCK-8实验和细胞悬浮实验表明，PRMT1的过表达增强了HCC细胞的克隆形成能力、细胞存活率和干细胞特性，而PRMT1的过表达同时干扰ME2表达则逆转了这一效应。另一方面，迁移实验和细胞划痕实验表明，PRMT1的过表达增强了HCC细胞的迁移和侵袭能力，而PRMT1与ME2的表达同样逆转了PRMT1促进迁移和侵袭的能力。这些实验表明，PRMT1可以通过ME2促进肝癌细胞的侵袭、增殖和转移。
PRMT1在肝癌中高度表达，与肝细胞癌患者的ME2甲基化呈正相关，与不良临床预后相关
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为了确定PRMT1和ME2-R67甲基化在临床上的重要性，研究人员对73例肝癌组织及其周围癌旁正常组织进行了免疫组织化学研究。研究结果显示，肝癌组织中的PRMT1、meR67K、ME2和ME2的表达水平明显高于相邻的正常组织。在肝癌组织中，PRMT1、meR67、ME2和ME2的表达水平之间存在显著的相关性。肿瘤大小、肿瘤病理分级和ME2-R67K表达之间也存在正相关关系。根据生存分析，ME2-R67K的表达与肝细胞癌患者的预后呈强相关性。
结论
05
研究人员首次研究了ME2甲基化的机制，并观察到PRMT1介导ME2的甲基化，并防止其泛素化，从而增加了其蛋白质的稳定性并增强了线粒体呼吸和HCC肿瘤的发育。ME2 R67甲基化与HCC患者的临床预后有关。因此，靶向PRMT1-ME2轴可能是治疗HCC的一种新型方法。
【参考资料】
https://www.nature.com/articles/s41419-024-07219-y#Sec30
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