Публикации - Институт биологических исследований Солка

все публикации

Вессендорф-Родригес, К., Руххофт, М.Л., Мюррей, С.В., Хуанг, И., Эшли, Э.Л., Гальвес, Х.М., Макгрегор, Г.Х., Камбхампати, С., Шоу, Р.Дж. Металло, см Моделирование липидного гомеостаза с использованием отслеживания стабильных изотопов и анализа потоков. (2026) Метаболизм клеток. DOI: 10.1016 / j.cmet.2026.01.020

+ развернуть аннотацию

Липиды обеспечивают компартментализацию и координируют локализованные на мембране сигнальные события в клетках, а нарушение липидного метаболизма связано со многими заболеваниями. Однако существует ограниченное количество инструментов для количественной оценки метаболических потоков в липидном профиле. Для измерения потоков, охватывающих липидный гомеостаз в клетках и срезах тканей, мы применяем отслеживание стабильных изотопов, жидкостную хроматографию с высокоразрешающей масс-спектрометрией и сетевое изотопологическое моделирование к моделям немелкоклеточного рака легких (НМРЛ). Анализ липидного метаболического потока (Lipid-MFA) позволяет количественно оценить синтез жирных кислот, их удлинение, сборку головных групп и реакции реутилизации практически в любой биологической системе. Используя Lipid-MFA, мы наблюдали снижение потоков синтеза жирных кислот и удлинения очень длинноцепочечных жирных кислот (VLCFA), а также увеличение рециркуляции сфинголипидов в опухолях НМРЛ с дефицитом p53 по сравнению с опухолями с дефицитом киназы печени B1 (LKB1) при использовании культуры срезов легких, полученных методом точной нарезки. Мы также применяем метод Lipid-MFA для демонстрации уникального перемещения церамидов с различной длиной n-ацильной цепи, подчеркивая полезность этого подхода для выяснения молекулярных механизмов липидного гомеостаза.

Яшински, Дж.Дж., Чжу, X., МакГрегор, Г.Х., Вессендорф-Родригес, К.А., Парас, К., Бруннер, Дж.С., Джексон, Б.Т., Се, А., Коче, Р., Металло, смФинли, LWS Белок p53 усиливает захват полярных групп фосфолипидов в процессе старения. (2026) Природа клеточной биологии. DOI: 10.1038/s41556-025-01853-0

+ развернуть аннотацию

Изменения состояния клетки часто сопровождаются изменением метаболических потребностей, и гомеостаз зависит от адаптации клеток к изменяющимся потребностям. Одним из основных изменений состояния клетки является старение, которое связано с резкими изменениями клеточного метаболизма, включая увеличение липидного метаболизма, но то, как клетки адаптируются к таким изменениям, изучено недостаточно. Здесь мы показываем, что транскрипционный фактор p53 увеличивает рециркуляцию липидных головных групп, необходимых для удовлетворения возросшей потребности в мембранных фосфолипидах во время старения. Активация p53 увеличивает поступление фосфоэтаноламина, промежуточного продукта в пути Кеннеди для синтеза фосфатидилэтаноламина de novo, отчасти за счет увеличения липидного обмена и трансактивации генов, участвующих в аутофагии и лизосомальном катаболизме, которые обеспечивают обновление мембран. Нарушение превращения фосфоэтаноламина в фосфатидилэтаноламин хорошо переносится в отсутствие p53, но приводит к резкой перестройке органелл и нарушает рост и экспрессию генов после активации p53. Генетические скрининги с использованием CRISPR-Cas9 последовательно показывают, что клетки, активированные p53, преимущественно зависят от генов, участвующих в метаболизме липидов и лизосомальной функции. В совокупности эти результаты показывают, что рециркуляция полярных групп липидов является гомеостатической функцией p53, которая обусловливает метаболическую уязвимость, специфичную для состояния клетки.

Цай, Ю.Т., Липп, Н.Ф., Зайдель, О., Варма, Р., Лагер, А., Солорио-Кирпичян, К., Вонг, А.М., Бреа, Р.Дж., МакГрегор, Г.Х., Кордес, Т., Деварадж, Н.К., Куершнер, Л., Нил, С., Металло, смБудин, И. 1-дезоксисфинголипиды нарушают свойства мембран и транспорт грузов на ранних стадиях секреторного пути. (2026) Клеточная химическая биология. 33(1):45-58.e8. DOI: 10.1016/j.chembiol.2025.12.006

+ развернуть аннотацию

1-Дезоксисфинголипиды — это неканонические сфинголипиды, связанные с рядом заболеваний, однако их клеточное воздействие изучено недостаточно. В данном исследовании мы используем методы химической биологии липидов для изучения роли метаболизма 1-дезоксисфинголипидов в свойствах и функциях секреторных мембран. Мы применили органеллоспецифическую биоортогональную маркировку для визуализации субклеточного распределения метаболически меченых сфинголипидов. Мы обнаружили, что 1-дезоксисфинголипиды задерживаются в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР) и, в частности, в местах выхода из ЭР (ERES), что предполагает их неэффективную сортировку в везикулярные переносчики. Клеточные линии, экспрессирующие связанные с заболеванием варианты серинпальмитоил-КоА-трансферазы, накапливали 1-дезоксисфинголипиды, что сопровождалось снижением текучести мембраны ЭР и увеличением ERES. Мы обнаружили, что скорость высвобождения мембранных белков из ЭР изменяется в ответ на метаболизм 1-дезоксисфинголипидов в зависимости от сродства белка к упорядоченным или неупорядоченным мембранам. Таким образом, нарушение регуляции метаболизма сфинголипидов может изменять свойства секреторных мембран и влиять на транспорт белков.

Троха К., Камбхампати С., Инсенга А., Металло, см, Эйрес, Дж. С. Метионин, поступающий с пищей, смягчает иммуноопосредованные повреждения, усиливая почечный клиренс цитокинов. (2026) Метаболизм клеток. DOI: 10.1016 / j.cmet.2025.12.011

+ развернуть аннотацию

Иммунная система защищает от патогенов, но также может вызывать повреждение тканей, энергетические затраты и даже смерть из-за чрезмерной выработки цитокинов и хемокинов. Поскольку антимикробные реакции необходимы для защиты организма, хозяева выработали кооперативные защитные механизмы для снижения затрат на иммунитет. Используя инфекцию Yersinia pseudotuberculosis у мышей, мы показали, что добавление метионина в рацион защищает от вызванной цитокинами анорексии, истощения, дисфункции гематоэнцефалического барьера и летального исхода, не ухудшая при этом способность к уничтожению микроорганизмов. Метионин и его метаболит S-аденозилметионин (SAM) активируют почечный сигнальный путь mTORC1, способствуя росту почек и улучшению функции клубочковой фильтрации. Это позволяет выводить провоспалительные цитокины из кровообращения с мочой, ограничивая их системное накопление и, как следствие, заболевание и летальный исход. Эта работа выявляет недооцененную роль почек в контроле системных цитокиновых реакций во время инфекции. Это также предполагает, что вмешательства, основанные на питательных веществах и направленные на метаболическую сигнализацию, могут смягчить вредные последствия иммунной защиты, предлагая потенциальные терапевтические пути для снижения затрат, связанных с инфекциями, включая смертность.

Уоллес, М., Куна, Р.С., Металло, см Жирные кислоты с разветвленной цепью активизируют пероксисомы. (2025) Клеточные исследования. DOI: 10.1038/s41422-025-01197-2

Юлия, Э., Металло, см Использование биохимической ковариации для лучшего понимания биологических процессов. (2025) Молекулярная клетка. 85(22):4114-4115. DOI: 10.1016/j.molcel.2025.10.031

+ развернуть аннотацию

Джоулия, Э., Эшли, Э.Л., Ценг, П., Аречига, К., Лян, Ю., Лагер, А., Руххефт, М.Л., Райнальди, Дж., Хандзлик, М.К., Фэллон, Р.Дж., Ким, Х.И., Мали, П., Бреннер, Д.А., Киселева, Т., Чжэн, Ю., Гантнер, М.Л., Металло, см Воздействие на сериндегидратазу способствует поддержанию гомеостаза аминокислот и восстановлению кожи. (2025) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.10.23.683531

+ развернуть аннотацию

У пациентов с метаболическими расстройствами наблюдается изменение уровня серина и глицина, и эта дисрегуляция может приводить к различным патологиям. Модуляция уровня серина с помощью диеты может влиять на соответствующие фенотипы в мышиных моделях метаболического синдрома. В данном исследовании мы идентифицировали сериндегидратазу (Sds), глюконеогенный печеночный фермент, участвующий в катаболизме серина и треонина, как ключевой регулятор системного метаболизма серина и сфинголипидов. Мы показали, что SDS экспрессируется и активна в тканях печени человека. Более того, количество Sds сильно коррелирует с уровнем серина в печени. Этот фермент высокоактивен у мышей BKS-db/db, у которых наблюдаются изменения аминокислотной последовательности, напоминающие диабет 2 типа. Сверхэкспрессия Sds в печени увеличивает деградацию серина и треонина и способствует накоплению токсичных 1-дезоксисфинголипидов (doxSLs). Напротив, удаление Sds значительно увеличивает системный уровень серина, глицина и треонина, одновременно изменяя канонические и неканонические сфинголипиды. Наконец, удаление Sds у мышей BKS-db/db снижает уровень доксорубицина в коже и ускоряет заживление ран. Наши результаты показывают, что Sds ограничивает уровень серина в кровообращении и предполагают терапевтические подходы, направленные на воздействие на этот фермент для улучшения состояния при хронических заболеваниях.

Вилленбокель, Х.Ф., Уильямс, А.Т., Лукас, А., Рейнольдс, М.Б., Джоулия, Э., Руххофт, М.Л., Дауэрг, Б., Кабралес, П., Металло, см, Кордес, Т. Отслеживание итаконата in vivo позволяет выявить пути деградации и кинетику оборота. (2025) Нат Метаб. DOI: 10.1038/s42255-025-01363-1

+ развернуть аннотацию

Итаконат является иммуномодулирующим метаболитом, который изменяет митохондриальный метаболизм и функцию иммунных клеток. Эта органическая кислота эндогенно синтезируется путем метаболизма трикарбоновых кислот (ТКА) ниже по течению от сигнала TLR. Стратегии лечения на основе итаконата изучаются для смягчения многочисленных воспалительных состояний. Однако мало что известно о скорости оборота итаконата в кровотоке, кинетике его деградации и более широких последствиях для метаболизма. Объединив масс-спектрометрию и отслеживание итаконата in vivo у самцов мышей, мы показали, что итаконат быстро выводится из плазмы, выводится с мочой и стимулирует метаболизм цикла ТКА, особенно в печени и почках. Наши результаты также показывают, что итаконат превращается в ацетил-КоА, мезаконат и цитрамалат. Введение итаконата также влияет на метаболизм аминокислот с разветвлённой цепью и уровень сукцината, что указывает на функциональное воздействие на активность сукцинатдегидрогеназы и метилмалонил-КоА-мутазы у самцов крыс и мышей. Наши результаты раскрывают ранее неизвестный аспект метаболизма итаконата, подчёркивая его быстрый катаболизм in vivo, что противоречит результатам, полученным в культурах клеток.

Кей М., Самуэльссон А.М., Бхаруча Н., Ли Х., Рамчандани Р., Баум Р.Е., Руис Д., Лагерр А., Ладжеварди С., Камбхампати С., Металло, см, Капилофф, М.С., Каракикес, И. Усиление биосинтеза серина в сердце замедляет прогрессирование дилатационной кардиомиопатии. (2025) Метаболизм.:156395 DOI: 10.1016/j.metabol.2025.156395

+ развернуть аннотацию

Генетическая дилатационная кардиомиопатия (ДКМП) является одной из основных причин сердечной недостаточности. Однако методы терапии, изменяющие течение заболевания, остаются ограниченными. Метаболическая дисфункция стала ключевым фактором патогенеза ДКМП, а нарушение биосинтеза серина, катализируемое лимитирующим ферментом фосфоглицератдегидрогеназой (ФГДГ), недавно было идентифицировано как потенциальная терапевтическая мишень. В данной работе мы оценили терапевтический потенциал увеличения биосинтеза серина посредством аугментации гена ФГДГ, опосредованной AAV9, в трансгенной модели мышей TM54 с ДКМП с установленной патологией. Продольная эхокардиография показала сохранную систолическую функцию и предотвращение дилатации желудочков у мышей TM54, получавших лечение AAV9-PHGDH, по сравнению с контрольной группой AAV9-GFP. Гистологический анализ выявил уменьшение фиброза миокарда и гипертрофии кардиомиоцитов в сердцах TM54, обработанных AAV9-PHGDH, что указывает на обращение патологического ремоделирования. Метаболическое профилирование, включая целевую метаболомику и анализ отслеживания C-глюкозы in vivo, показало, что уровни серина повысились в сердцах, обработанных AAV9-PHGDH, что сопровождалось снижением уровня пирувата и лактата, полученных из глюкозы. В то же время окислительный метаболизм митохондрий оставался неизменным, что указывает на сдвиг гликолитического углерода в сторону биосинтеза серина. В совокупности эти результаты показывают, что усиление синтеза серина в сердце посредством терапии аугментации гена PHGDH сохраняет сократительную функцию и смягчает прогрессирование заболевания in vivo, что предполагает новую метаболическую терапевтическую стратегию для ДКМП.

Бонаноми М., Маллиа С., Скалисе М., Арамини Т., Бальдассари Ф., Бривио Э., Конте Ф., Ло Дико А., Бонас М., Порро Д., Индивери К., Металло, см, Гальо, Д. Метаболическая пластичность, обусловленная серином, обуславливает адаптивную устойчивость клеток рака поджелудочной железы. (2025) Антиоксиданты (Базель). 14(7). DOI: 10.3390/antiox14070833

+ развернуть аннотацию

Рак поджелудочной железы является одним из самых летальных злокачественных новообразований, отчасти из-за его выраженной метаболической адаптивности, которая лежит в основе лекарственной устойчивости и неэффективности терапии. В данном исследовании изучается метаболическая перестройка, связанная с резистентностью к лечению, с использованием системного метаболомного подхода. Воздействие эрастина, агента, нарушающего окислительно-восстановительный баланс, выявило ключевые метаболические уязвимости, но не привело к длительному подавлению роста. Комбинированная терапия метотрексатом или алпелисибом значительно снизила пролиферацию и спровоцировала выраженные метаболические сдвиги. Системный анализ выявил метаболизм серина как центральный адаптивный путь в устойчивых клетках. Метаболическое отслеживание и профилирование экспрессии генов показали усиление биосинтеза и поглощения серина de novo, что поддерживает окислительно-восстановительный гомеостаз, биосинтетическую активность и эпигенетическую регуляцию. Примечательно, что клетки, возобновившие рост после отмены препарата, демонстрировали транскрипционное перепрограммирование, включающее серин-зависимые пути, а также повышенную экспрессию генов, связанных с выживанием, пролиферацией и миграцией. Результаты исследования подтверждают, что метаболизм серина является функциональным биомаркером метаболической пластичности и адаптивной устойчивости при раке поджелудочной железы, что позволяет предположить, что воздействие на эту адаптивную ось может повысить терапевтическую эффективность.

Дюфрен, С., Куна, Р.С., Вонг, К., Комарла, А., Рок, А., Росада-Энкарнасьон, Дж., Шен, К., Мондал, П., Парэм, Л.Р., Лейнг, Ф.И., Пек, К.Л., Фаулер, А., Лоуи, А.М., Энгл, Д., Тириак, Х., Шоу, Р., Косфорд, Н., Металло, С., Тауэрс, С. Использование аутофагии и метаболизма пиримидинов для борьбы с раком поджелудочной железы. (2025) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.05.29.656904

+ развернуть аннотацию

Ингибиторы аутофагии являются перспективными препаратами для лечения протоковой аденокарциномы поджелудочной железы (ПДА), но их эффективность у пациентов неясна, что подчеркивает необходимость понимания механизмов резистентности. Мы использовали новый подход для выявления метаболических адаптаций, которые обходят ингибирование аутофагии. Используя клетки ПДА с приобретенной резистентностью к различным ингибиторам аутофагии, мы обнаружили, что тяжелое истощение запасов аутофагии вызывает метаболическую перестройку для поддержания промежуточных продуктов трикарбоновых кислот и нуклеотидов для биосинтеза. Длительное ингибирование аутофагии приводит к изменению метаболизма пирувата, вероятно, регулируемого снижением пулов пиримидинов. Клетки, адаптирующиеся к потере аутофагии, преимущественно используют пиримидины для восполнения этих пулов, а не синтезируют их de novo. Используя эту метаболическую уязвимость, мы обнаружили, что приобретенная резистентность к ингибированию аутофагии способствует повышению уровня регенерации и, следовательно, чувствительности к аналогам пиримидина, включая гемцитабин и трифлуридин/типирацил, что приводит к комбинированному эффекту с ингибиторами аутофагии и аналогами пиримидина. Эти исследования предоставляют механистическое понимание того, как ингибирование аутофагии может быть использовано для лечения рака поджелудочной железы.

Муньос, С.Дж., Лукас, Д., Пирес, И.С., Кордес, Т., Мюллер, К., Говендер, К., Бретон, А., Металло, см, Палмер, А.Ф., Кабралес, П. Реанимация при геморрагическом шоке с помощью нового белкового коктейля восстанавливает микрососудистую перфузию и защищает жизненно важные органы. (2025) Shock. DOI: 10.1097/SHK.0000000000002636

+ развернуть аннотацию

Грин, Т.Т., Джо, Ю., Чиале, К., Макал, М., Фанг, З., Хатри, Ф.С., Кодрингтон, А.Л., Казан, К.Р., Акбулут, Э., Сваминатан, С., Фудзита, Ю., Фицджеральд-Бокарсли, П., Кордес, Т., Металло, С., Скотт, ДА, Зунига, Э.И. Метаболические нарушения лежат в основе снижения продукции IFN-I плазмоцитоидными дендритными клетками после вирусной инфекции. (2025) Природа связи. 16(1):1460. DOI: 10.1038/s41467-025-56603-5

+ развернуть аннотацию

Интерфероны типа I (IFN-I) играют центральную роль в защите хозяина от вирусных инфекций, причем плазмацитоидные дендритные клетки (pDC) являются наиболее значимым источником, однако pDC теряют свою способность к продукции IFN-I после первоначального всплеска IFN-I, что приводит к восприимчивости к вторичным инфекциям. Основные механизмы этой динамики не совсем понятны. Здесь мы обнаруживаем, что вирусная инфекция снижает способность pDC участвовать как в окислительном, так и в гликолитическом метаболизме. Механистически мы идентифицируем лактатдегидрогеназу B (LDHB) как положительный регулятор продукции pDC IFN-I у мышей и людей; между тем, дефицит LDHB связан с подавленной продукцией IFN-I, метаболической способностью pDC и контролем вируса после инфекции. Кроме того, сохранение экспрессии LDHB достаточно для частичного сохранения функции в противном случае истощенных pDC, как in vitro, так и in vivo. Более того, восстановление LDHB in vivo в pDCs инфицированных мышей увеличивает IFNAR-зависимую, связанную с инфекцией патологию. Таким образом, наша работа определяет механизм балансировки иммунитета и патологии во время вирусных инфекций, а также дает представление о высокосохраняемом ингибировании pDC, вызванном инфекцией.

Галлант, Р.М., Санчес, К.К., Джоулия, Э., Снайдер, Дж.М., Металло, см, Эйрес, Дж. С. Флуоксетин стимулирует метаболическую защиту, зависящую от ИЛ-10, защищая от летального исхода, вызванного сепсисом. (2025) Научные достижения 11(7):eadu4034. DOI: 10.1126/sciadv.adu4034.

+ развернуть аннотацию

Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС) являются одними из наиболее часто назначаемых препаратов в мире. Хотя они используются из-за своей способности усиливать серотонинергическую сигнализацию в мозге, известно, что СИОЗС также имеют широкий спектр эффектов за пределами мозга, включая иммунные и метаболические эффекты. Недавние исследования показали, что СИОЗС защищают животных и людей от нескольких инфекций, включая сепсис и COVID-19; однако механизмы, лежащие в основе этой защиты, в значительной степени неизвестны. Здесь мы механистически связываем два ранее описанных эффекта СИОЗС флуоксетина в опосредовании защиты от сепсиса. Мы показываем, что защита, опосредованная флуоксетином, не зависит от периферического серотонина и вместо этого увеличивает уровни циркулирующего интерлейкина-10 (ИЛ-10). ИЛ-10 необходим для защиты от гипертриглицеридемии, вызванной сепсисом, предотвращая сердечные эффекты, включая нарушение окисления глюкозы, эктопическое накопление липидов, растяжение желудочков и, возможно, сердечную недостаточность. Наша работа раскрывает полезный «нецелевой» эффект флуоксетина и раскрывает защитный иммунометаболический механизм защиты с терапевтическим потенциалом.

Вилленбокель, Х.Ф., Уильямс, А.Т., Лукас, А., Доверг, Б., Кабралес, П., Металло, см, Кордес, Т. Отслеживание итаконата in vivo позволяет выявить пути деградации и кинетику оборота. (2025) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2025.01.02.629617

+ развернуть аннотацию

Итаконат — это иммуномодулирующий метаболит, который изменяет метаболизм митохондрий и функцию иммунных клеток. Эта органическая кислота эндогенно синтезируется через метаболизм трикарбоновых кислот (TCA) ниже по течению сигнала TLR. Стратегии лечения на основе итаконата изучаются для смягчения многочисленных воспалительных состояний. Однако мало что известно о скорости оборота итаконата в кровотоке, кинетике его деградации и более широких последствиях для метаболизма. Объединив масс-спектрометрию и отслеживание итаконата in vivo, мы демонстрируем, что итаконат быстро выводится из плазмы, выводится с мочой и подпитывает метаболизм цикла TCA, особенно в печени и почках. Эти исследования далее показали, что итаконат превращается в ацетил-КоА, мезаконат и цитрамалат в митохондриях. Введение итаконата также повлияло на метаболизм аминокислот с разветвленной цепью и уровни сукцината, что указывает на функциональное воздействие на активность сукцинатдегидрогеназы (SDH) и метилмалонил-КоА-мутазы (MUT). Наши результаты раскрыли ранее неизвестный аспект метаболизма итаконата, подчеркнув его быстрый катаболизм in vivo, что контрастирует с результатами в культивируемых клетках.

Генгатаран, Дж. М., Хандзлик, МК, Чи, З. Й., Рачхофт, М. Л., Секрест, П., Эшли, Э. Л., Грин, К. Р., Уоллес, М., Гордтс, ПЛСМ, Металло, см Измененный поток биосинтеза сфинголипидов и транспорт липопротеинов способствуют атеросклерозу, вызванному трансжирами. (2024) Метаболизм клеток. DOI: 10.1016 / j.cmet.2024.10.016

+ развернуть аннотацию

Пищевой жир стимулирует патогенез атеросклеротических сердечно-сосудистых заболеваний (ASCVD), особенно через циркулирующий холестерин и богатые триглицеридами остатки липопротеинов. Промышленно производимые трансненасыщенные жирные кислоты (TFAs), включенные в пищевые продукты, значительно способствуют ASCVD. Однако молекулярный трафик TFAs, ответственный за эту связь, не очень хорошо изучен. Здесь мы демонстрируем, что TFAs предпочтительно включаются в сфинголипиды серинпальмитоилтрансферазой (SPT) и секретируются из клеток in vitro. Введение высокожировых диет (HFDs), обогащенных TFAs, мышам Ldlr ускорило секрецию липопротеинов очень низкой плотности (VLDL) и сфинголипидов в кровоток печени, что способствовало атерогенезу по сравнению с HFD, обогащенным цис-ненасыщенными жирными кислотами (CFAs). Ингибирование SPT смягчило эти фенотипы и снизило циркулирующие атерогенные ЛПОНП, обогащенные полиненасыщенным сфингомиелином, полученным из ТЖК. Транскрипционный анализ печени человека выявил различную регуляцию экспрессии субъединиц SPTLC2 и SPTLC3, что согласуется с генетическими корреляциями человека при ASCVD, что дополнительно подтверждает, что метаболизм сфинголипидов является критическим узлом, опосредующим прогрессирование ASCVD в ответ на определенные пищевые жиры.

Грин, Ч.Р., Алаэддин, Л.М., Вессендорф-Родригес, К.А., Тернер, Р., Эльмастас, М., Ховер, Дж.Д., Мерфи, А.Н., Райден, М., Мейхерт, Н., Металло, см, Уоллес, М. Нарушение катаболизма аминокислот с разветвленной цепью (BCAA) во время дифференциации адипоцитов снижает гликолитический поток. (2024) Журнал биологической химии.:108004 DOI: 10.1016/j.jbc.2024.108004

+ развернуть аннотацию

Нарушение регуляции метаболизма аминокислот с разветвленной цепью (BCAA) стало ключевой метаболической особенностью, связанной с ожирением и резистентностью к инсулину, и катаболизм жировых BCAA снижается в этом контексте. Катаболизм BCAA повышается на ранней стадии адипогенеза, но влияние подавления этого пути на более широкие метаболические функции результирующего адипоцита остается неясным. Здесь мы используем CRISPR/Cas9 для снижения BCKDHA в 3T3-L1 и преадипоцитах человека, а также ACAD8 в преадипоцитах 3T3-L1 для индукции дефицита катаболизма BCAA посредством дифференциации. Мы характеризуем транскрипционный и метаболический фенотип клеток 3T1-L1 с помощью анализа РНКсек и метаболического потока C в сети, охватывающей гликолиз, метаболизм трикарбоновых кислот (TCA), катаболизм BCAA и синтез жирных кислот. Хотя накопление липидных капель сохраняется в адипоцитах с дефицитом Bckdha, они демонстрируют более фибробластоподобную транскрипционную сигнатуру. Напротив, дефицит Acad8 минимально влияет на экспрессию генов. Снижение гликолитического потока является наиболее отчетливой метаболической особенностью клеток с дефицитом Bckdha 3T3-L1, сопровождающейся снижением секреции лактата примерно на 40%, однако окисление пирувата и использование для липогенеза de novo увеличиваются, чтобы компенсировать потерю углерода BCAA. Удаление BCKDHA в предшественниках адипоцитов человека также привело к снижению поглощения глюкозы и секреции лактата, однако эти клетки не повысили утилизацию пирувата, а накопление липидных капель и экспрессия маркеров дифференциации адипоцитов были снижены в клетках с нокаутом BCKDH. В целом наши данные свидетельствуют о том, что дифференциация человеческих адипоцитов может быть более чувствительна к влиянию сниженной активности BCKDH, чем клетки 3T3-L1, и что существуют как метаболические, так и регуляторные перекрестные помехи между катаболизмом BCAA и гликолизом в адипоцитах. Подавление катаболизма BCAA, связанное с метаболическим синдромом, может привести к метаболически скомпрометированному адипоциту.

Нурреддин, С., Доктор, Ю., Дайлами, А., Форгет, А., Ли, Ю.Х., Чинн, Б., Халик, Х., Полакко, Б., Муралидхаран, М., Пан, Э., Чжан , Ю., Сигаева А., Хансен Дж. Н., Гао Дж., Паркер Дж. А., Обернье К., Кларк Т., Чен Дж. Ю., Металло, С., Лундберг Э., Идекер Т., Кроган Н., Мали П. Атлас пертурбационных клеток индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека. (2024) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.11.03.621734

+ развернуть аннотацию

Для всестороннего изучения взаимосвязей генотип-фенотип, регулирующих состояние плюрипотентных стволовых клеток человека, мы создали выраженный атлас клеток CRISPRi Perturbation в масштабе генома в человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клетках (hiPSC) KOLF2.1J, картирующий транскрипционные и фитнес-фенотипы, связанные с 11,739 1 целевыми генами. Используя транскрипционные фенотипы, мы создали карту встраивания с минимальным искажением плюрипотентного состояния, демонстрирующую богатую рекапитуляцию белковых комплексов, такую как сильная совместная кластеризация членов семейств MRPL, BAF, SAGA и Ragulator. Кроме того, мы обнаружили транскрипционные регуляторы, которые не связаны с фитнесом клеток, открыв потенциальные новые факторы плюрипотентности (JOSD7, RNF41) и метаболизма (ZBTBXNUMX). Мы подтвердили эти результаты с помощью фенотипических, белково-взаимодействующих и метаболических анализов трассировки. Наконец, мы предлагаем контрастную структуру инженерии клеток человека (CHEF), архитектуру машинного обучения, которая учится на атласах клеток возмущений, чтобы предсказывать рецепты возмущений, которые достигают желаемых транскрипционных состояний. В совокупности наше исследование представляет собой всеобъемлющий ресурс для исследования регуляторных сетей, управляющих плюрипотентностью.

Коробкина, Э.Д., Калейман, СМ, Хейли, Дж.А., Келли, М.Э., Ли, Х., Гоган, М., Чен, К., Пеппер, Х.Л., Ахмад, Х., Баучер, А., Флюхарти, С.М., Лин , Тай, Лотун, А., Пеура, Дж., Трефели, С., Грин, Ч.Р., Во, П., Семенкович, К.Ф., Питарреси, Дж.Р., Спинелли, Дж.Б., Айдемир, О., Металло, см, Лайнс, МД, Джанг, К., Снайдер, Н.В., Веллен, К.Е., Гертин, Д.А. АТФ-цитратлиаза бурого жира связывает доступность углеводов с термогенезом и защищает от метаболического стресса. (2024) Нат Метаб. DOI: 10.1038/s42255-024-01143-3

+ развернуть аннотацию

Бурая жировая ткань (BAT) участвует в бесполезном цикле синтеза-окисления жирных кислот, цель которого остается неясной. Здесь мы показываем, что АТФ-цитратлиаза (ACLY), которая генерирует ацетил-КоА для синтеза жирных кислот, способствует термогенезу, смягчая метаболический стресс. Без ACLY BAT перегружает цикл трикарбоновых кислот, активирует интегрированную реакцию на стресс (ISR) и подавляет термогенез. Роль ACLY в предотвращении стресса BAT становится критической, когда мышей отучают от груди на диете с обилием углеводов, в то время как удаление пищевых углеводов предотвращает индукцию стресса в BAT с дефицитом ACLY. Потеря ACLY также повышает регуляцию синтазы жирных кислот (Fasn); тем не менее, хотя активация ISR не вызвана нарушением синтеза жирных кислот как таковым, удаление Fasn и Acly разблокирует альтернативную метаболическую программу, которая преодолевает перегрузку цикла трикарбоновых кислот, предотвращает активацию ISR и спасает термогенез. В целом, мы раскрываем ранее неоцененную роль ACLY в смягчении митохондриального стресса, которая связывает пищевые углеводы с разобщением термогенеза, зависящего от белка 1, и обеспечивает фундаментальное понимание парадокса синтеза-окисления жирных кислот в BAT.

Вессендорф-Родригес, К., Руххофт, М.Л., Эшли, Э.Л., Гальвес, Х.М., Мюррей, К.У., Макгрегор, Г., Камбхампати, С., Шоу, Р.Дж., Металло, см Моделирование гомеостаза сложных липидов с использованием отслеживания стабильных изотопов. (2024) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.10.16.618599

+ развернуть аннотацию

Липиды представляют собой наиболее разнообразный пул метаболитов, обнаруженных в клетках, облегчая компартментализацию, сигнализацию и другие функции. Нарушение регуляции липидного метаболизма связано с такими болезненными состояниями, как рак и нейродегенерация. Однако для количественной оценки метаболических потоков по липидому доступны ограниченные инструменты. Для непосредственного измерения потоков реакций, охватывающих гомеостаз сложных липидов, мы применили отслеживание стабильных изотопов, масс-спектрометрию высокого разрешения и моделирование изотопологов на основе сетей к моделям немелкоклеточного рака легких (НМРЛ). Анализ метаболического потока сложных липидов (CL-MFA) позволяет проводить одновременную количественную оценку синтеза жирных кислот, удлинения, сборки головной группы и реакций спасения практически в любой биологической системе. Здесь мы решаем опосредованную печеночной киназой B1 (LKB1) регуляцию рециркуляции сфинголипидов в клетках НМРЛ и культурах прецизионных срезов легких. Мы также демонстрируем, что широко используемые условия культивирования тканей заставляют клетки повышать регуляцию потока синтазы жирных кислот до супрафизиологических уровней. Наконец, мы идентифицируем ранее не охарактеризованную изоферментную специфичность ингибиторов синтазы церамида, подчеркивая молекулярные детали, выявленные с помощью CL-MFA.

Лю, Дж. Я., Куна, Р. С., Пинейро, Л. В., Нгуен, ПТТ, Уэллс, Дж. Э., Драммонд, Дж. М., Мурали, Н., Шарма, П., Саппли, Дж. Г., Шиуэ, М., Чжао, С., Фарриа, А.Т., Кумар А., Руххофт М.Л., Деметриаду К., Кантнер Д.С., Чатов А., Мегилл Э., Титченелл П.М., Снайдер Н.В., Металло, см, Уэллен, К.Э. Бемпедоевая кислота подавляет стеатоз печени, вызванный диетой, независимо от АТФ-цитратлиазы. (2024) Метаболизм клеток. DOI: 10.1016 / j.cmet.2024.10.014

+ развернуть аннотацию

АТФ-цитратлиаза (ACLY) синтезирует ацетил-КоА для липогенеза de novo (DNL), который повышается при стеатозе печени, связанном с метаболической дисфункцией. Печеночный ACLY ингибируется препаратом, снижающим уровень холестерина ЛПНП, бемпедоевой кислотой (BPA), которая также улучшает стеатоз у мышей. Хотя BPA сильно подавляет печеночный DNL и увеличивает катаболизм жира, неясно, является ли ACLY его основной молекулярной целью в снижении триглицеридов печени. Мы показываем, что при западной диете потеря печеночного ACLY отдельно или вместе с ацетил-КоА-синтетазой ACSS2 неожиданно усугубляет стеатоз, связанный со снижением экспрессии целевого гена PPARα и окислением жирных кислот. Важно, что лечение BPA улучшает накопление триацилглицеридов, опосредованное западной диетой, как у мышей дикого типа, так и у мышей с нокаутом ACLY в печени, что указывает на то, что его основные эффекты на стеатоз печени не зависят от ACLY. В совокупности эти данные указывают на то, что печеночный ACLY играет неожиданную роль в сдерживании накопления липидов, зависящего от диеты, и что BPA оказывает существенное влияние на метаболизм липидов в печени независимо от ACLY.

Дуглас А., Стивенс Б., Рендас М., Кейн Х., Линч Э., Кункемюллер Б., Вессендорф-Родригес К., Дэй Э.А., Саттон К., Бреннан М. , О'Брайен, К., Кольгрубер, А.С., Прендевиль, Х., Гарза, А.Е., О'Нил, Л.А.Дж., Миллс, Х.Г., Металло, см, Вейга-Фернандес Х., Линч Л. Ритмичная продукция ИЛ-17 γδ Т-клетками поддерживает липогенез жировой ткани de novo. (2024) Природа. DOI: 10.1038/s41586-024-08131-3

+ развернуть аннотацию

Циркадный ритм иммунной системы помогает защищать от патогенов; однако роль циркадных ритмов в иммунном гомеостазе изучена меньше. Врожденные Т-клетки — это лимфоциты, находящиеся в тканях и играющие ключевую роль в гомеостазе тканей. Здесь мы используем секвенирование РНК отдельных клеток, репортер молекулярных часов и генетические манипуляции, чтобы показать, что врожденные Т-клетки, продуцирующие IL-17, включая γδ Т-клетки, инвариантные естественные киллерные Т-клетки и ассоциированные со слизистой оболочкой инвариантные Т-клетки, обогащены генами молекулярных часов по сравнению с их аналогами, продуцирующими IFNγ. Мы показываем, что Т-клетки γδ (γδ17), продуцирующие IL-17, в частности, полагаются на молекулярные часы для поддержания гомеостаза жировой ткани и демонстрируют устойчивый циркадный ритм для RORγt и IL-17A в жировых депо, который достигает пика ночью. У мышей потеря молекулярных часов в компартменте CD45 (Bmal1) влияет на выработку IL-17 жировыми γδ17 Т-клетками, но не на выработку цитокинов αβ или IFNγ-продуцирующими γδ (γδ) Т-клетками. Циркадный IL-17 необходим для липогенеза de novo в жировой ткани, а у мышей с дефицитом адипоцит-специфического рецептора IL-17 C (IL-17RC) наблюдаются дефекты в липогенезе de novo. Анализ метаболизма всего тела in vivo показывает, что у мышей Il17aIl17f (у которых отсутствует экспрессия IL-17A и IL-17F) наблюдаются дефекты в циркадном ритме для липогенеза de novo, что приводит к нарушениям их метаболического ритма всего тела и ритма температуры тела. В этом исследовании определяется решающая роль ИЛ-17 в метаболическом гомеостазе всего организма и показано, что липогенез de novo является основной целью ИЛ-17.

Грин, CR, Колар, MJ, МакГрегор, GH, Нельсон, AT, Уоллес, M., Металло, см Количественная оценка разнообразия ацильных цепей в липидах изобарических соединений, содержащих монометилированные жирные кислоты с разветвленной цепью. (2024) Журнал исследований липидов. 65(12):100677. DOI: 10.1016/j.jlr.2024.100677

+ развернуть аннотацию

Сложные липиды включают в себя разнообразную группу метаболитов, присутствующих в живых системах, и метаболически и экологически обусловленные структурные различия в этом семействе все больше связаны с биологической функцией. Однако методы деконволюции этих часто изобарных видов липидов отсутствуют или требуют специализированного оборудования. В частности, разнообразие ацильной цепи внутри клеток может зависеть от состояния питания, метаболической дисрегуляции или генетических изменений. Поэтому надежный, проверенный метод количественной оценки структурно схожих четных, нечетных и разветвленных ацильных групп в интактных сложных липидах будет бесценным для получения молекулярного понимания их биологических функций. Здесь мы демонстрируем хроматографическое разделение изобарных липидов, содержащих различные комбинации ацильных групп с прямой и разветвленной цепью, с помощью жидкостной хроматографии сверхвысокого давления (UHPLC)-масс-спектрометрии (MS) с использованием колонки для жидкостной хроматографии C30. Используя метаболически сконструированные адипоциты, лишенные дегидрогеназы A разветвленных кетокислот (Bckdha), мы проверяем этот подход посредством комбинации добавления жирных кислот и метаболического отслеживания с использованием монометилированных жирных кислот с разветвленной цепью и валина. Мы наблюдаем разрешение многочисленных изобарических триацилглицеридов и других сложных липидов, демонстрируя разрешающую полезность этого метода. Этот подход добавляется в набор инструментов для лабораторий для количественной оценки и характеристики разнообразия ацильной цепи по всему липидому.

Лим, Э.В., Фэллон, Р.Дж., Бейтс, К., Идегути, Ю., Нагасаки, Т., Хандзлик, М.К., Джоулия, Э., Бонелли, Р., Грин, Ч.Р., Анселл, БРЭ, Китано, М., Полис И., Робертс А.Дж., Шигеки Ф., Алликметс Р., Уоллес М., Фридлендер М., Металло, см, Гантнер, М.Л. Физиология серина и глицина обратимо модулирует функцию сетчатки и периферических нервов. (2024) Метаболизм клеток. DOI: 10.1016 / j.cmet.2024.07.021

+ развернуть аннотацию

Метаболический гомеостаз поддерживается избыточными путями для обеспечения адекватного снабжения питательными веществами во время голодания и других стрессов. Эти пути регулируются локально в тканях и системно через печень, почки и кровообращение. Здесь мы характеризуем, как потоки метаболизма серина, глицина и одноуглеродного (SGOC) через глаз, печень и почки поддерживают уровни и функцию аминокислот сетчатки. У людей с макулярной телеангиэктазией (MacTel), возрастным заболеванием сетчатки с пониженным циркулирующим серином и глицином, несущих вредные аллели в метаболических ферментах SGOC, наблюдается чрезмерное снижение циркулирующего серина. Мышиная модель этой гаплонедостаточности Phgdh испытывает ускоренные дефекты сетчатки при ограничении диеты серина/глицина, подчеркивая, как в противном случае молчаливые гаплонедостаточности могут влиять на здоровье сетчатки. Мы демонстрируем, что ретинопатия, связанная с серином, и периферическая нейропатия обратимы, поскольку обе восстанавливаются у мышей при добавлении серина. Эти данные дают молекулярную информацию о генетических и метаболических факторах нейроретинальной дисфункции, а также подчеркивают терапевтические возможности для улучшения этого патогенеза.

Кристофк, Х., Металло, С., Лю Г., Рабиновиц Дж., Спаркс Л., Джеймс Д. Метаболическая гетерогенность у человека. (2024) Cell. 187(15):3821-3823. DOI: 10.1016/j.cell.2024.06.033

+ развернуть аннотацию

Ким, Х.И., Ли, В., Лю, К., Янг, Х., Сакане, С., Карвалью-Гонтихо Вебер, Р., Диггл, К., Керк, С.А., Металло, см, Киселева Т., Бреннер Д.А. Протокол создания сфероидов печени человека для изучения фиброза печени, вызванного метаболическим стрессом. (2024) ЗВЕЗДА протокол. 5(2):103111. DOI: 10.1016/jxpro.2024.103111

+ развернуть аннотацию

Чжоу, З., Ма, А., Мур, ТМ, Вольф, Д.М., Ян, Н., Тран, П., Сегава, М., Струмвассер, А.Р., Рен, В., Фу, К., Ванагат, Дж. ., ван дер Блик А.М., Кросби-Уотсон Р., Лиза М., Стайлз Л., Асин-Перес Р., Махата С., Ширихаи О., Гударзи М.О., Хандзлик М. , Металло, см, Уокер, Д.В., Хевенер, Алабама Drp1 контролирует сборку комплекса II и метаболизм скелетных мышц посредством действия Sdhaf2 на митохондрии. (2024) Научные достижения 10(14):eadl0389. DOI: 10.1126/sciadv.adl0389.

+ развернуть аннотацию

Гуанозинтрифосфатаза, связанная с динамином, Drp1 (кодируемая ), играет центральную роль в делении митохондрий и необходима для многочисленных клеточных процессов; однако его роль в мышечном метаболизме остается неясной. Здесь мы показываем, что среди тканей человека наибольшее количество корреляций генов наблюдается в скелетных мышцах. Нокдаун Drp1 (Drp1-KD) способствовал гиперфузии митохондрий в мышцах мышей-самцов. В мышцах Drp1-KD наблюдалось снижение окисления жирных кислот и нарушение действия инсулина наряду с увеличением мышечного сукцината. Мышечный Drp1-KD снижает сборку и активность комплекса II вследствие уменьшения митохондриальной транслокации фактора сборки 2 сукцинатдегидрогеназы (Sdhaf2). Восстановление Sdhaf2 нормализовало активность комплекса II, окисление липидов и действие инсулина в миоцитах Drp1-KD. Drp1 имеет решающее значение для поддержания сборки митохондриального комплекса II, окисления липидов и чувствительности к инсулину, что указывает на механистическую связь между морфологией митохондрий и метаболизмом скелетных мышц, что клинически значимо в борьбе с метаболическими заболеваниями.

Грин, Т.Т., Джо, Ю., Макал, М., Фанг, З., Хатри, Ф.С., Кодрингтон, А.Л., Казан, К.Р., Чиале, К., Акбулут, Э., Сваминатан, С., Фудзита, Ю. , Фицджеральд-Бокарсли П., Кордес Т., Металло, С., Скотт, Д.А., Зунига, Э.И. Метаболические дефициты лежат в основе истощения плазмацитоидных дендритных клеток после вирусной инфекции. (2024) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2024.02.28.582551

+ развернуть аннотацию

Интерфероны I типа (IFN-I) играют центральную роль в защите организма человека от вирусных инфекций. Хотя любая клетка может производить IFN-I, плазмацитоидные дендритные клетки (pDC) производят большее количество и больше разновидностей этих цитокинов, чем любой другой тип клеток. Однако после первоначального выброса IFN-I пДК теряют свою исключительную способность производить IFN-I и становятся «истощенными» — фенотип, который связан с повышенной восприимчивостью к вторичным инфекциям. Несмотря на эту очевидную цену для хозяина, истощение pDC сохраняется у многих видов и вирусных инфекций, но основные механизмы и потенциальные эволюционные преимущества недостаточно изучены. Здесь мы характеризуем истощение pDC и демонстрируем, что оно связано со снижением способности pDC участвовать как в окислительном, так и в гликолитическом метаболизме. С механистической точки зрения мы идентифицируем лактатдегидрогеназу B (LDHB) как новый положительный регулятор продукции IFN-I pDC у мышей и людей и показываем, что дефицит LDHB связан с подавлением продукции IFN-I, метаболической способностью pDC и вирусным контролем после вирусной инфекции. и продемонстрировать, что сохранения экспрессии LDHB достаточно для частичного восстановления истощенной функции pDC и . Более того, восстановление LDHB в истощенных pDC увеличивает IFNAR-зависимую инфекционно-ассоциированную патологию. Таким образом, наша работа выявляет новый и консервативный механизм баланса иммунитета и патологии во время вирусных инфекций, а также дает представление о хорошо сохранившемся, но ранее необъяснимом феномене истощения pDC.

Лим, EW, Металло, см Отслеживание разнообразных путей одноуглеродного метаболизма при раке и за его пределами. (2024) Холодная весна Harb Perspect Med. DOI: 10.1101/cshperspect.a041533.

+ развернуть аннотацию

Кульманн-Хоган, А., Кордес, Т., Сюй, З., Куна, Р.С., Трейна, К.А., Роблес-Отейса, К., Айени, Д., Квонг, Э.М., Леви, С., Глобиг, А.М., Нобари, ММ, Ченг, Г.З., Лейбель, С.Л., Гомер, Р.Дж., Шоу, Р.Дж., Металло, см, Полити К., Каеч С.М. Аденокарциномы легких, управляемые EGFR, участвуют в метаболизме альвеолярных макрофагов и поддерживают передачу сигналов и рост EGFR. (2024) Открытие рака.:OF1-OF22 DOI: 10.1158/2159-8290.CD-23-0434

+ развернуть аннотацию

Ограниченная эффективность одобренных в настоящее время иммунотерапии при аденокарциноме легких, вызванной EGFR (LUAD), подчеркивает необходимость лучшего понимания альтернативных механизмов, управляющих местной иммуносупрессией, для стимулирования новых методов лечения. Повышенная секреция сурфактанта и GM-CSF из трансформированного эпителия индуцирует пролиферацию опухолеассоциированных альвеолярных макрофагов (ТА-АМ), которая поддерживает рост опухоли путем изменения воспалительных функций и липидного метаболизма. Свойства TA-AM обусловлены усилением передачи сигналов GM-CSF-PPARγ, а ингибирование GM-CSF или PPARγ дыхательных путей в TA-AM подавляет отток холестерина в опухолевые клетки, что ухудшает фосфорилирование EGFR и сдерживает прогрессирование LUAD. В отсутствие метаболической поддержки TA-AM клетки LUAD компенсируют это за счет увеличения синтеза холестерина, а блокирование PPARγ в TA-AM одновременно с терапией статинами дополнительно подавляет прогрессирование опухоли и усиливает провоспалительные иммунные реакции. Эти результаты открывают новые терапевтические комбинации для устойчивых к иммунотерапии LUAD с мутацией EGFR и демонстрируют, как раковые клетки могут метаболически кооптировать TA-AM посредством передачи сигналов GM-CSF-PPARγ, чтобы обеспечить питательные вещества, которые способствуют передаче онкогенных сигналов и росту.

О'Салливан А., Брэйди Э., Лафферти Л., О'Ши Ф., О'Риган З., Мерс Н., Бальдини М., Генгатаран Дж., Металло, см, Уоллес, М. Уровни длинноцепочечных монометиловых жирных кислот с разветвленной цепью в грудном молоке варьируются в зависимости от гестационного увеличения веса. (2024) Простагландины Leukot Essent жирные кислоты. 201:102607. DOI: 10.1016/j.plefa.2024.102607

+ развернуть аннотацию

Грудное вскармливание является важным фактором, определяющим здоровье младенцев, и существует огромный интерес к пониманию его метаболитного состава, чтобы можно было определить ключевые полезные компоненты. Целью этого исследования было измерение состава жирных кислот грудного молока в ирландской когорте, где мы изучали изменения в зависимости от стадии лактации и траектории набора веса во время беременности. Используя хроматографический подход, оптимальный для разделения изомеров, мы идентифицировали 44 отдельных вида жирных кислот с помощью GCMS и показали, что монометиловые жирные кислоты с разветвленной цепью (mmBCFA), C15:0 и C16:1, ниже у женщин с избыточной прибавкой веса во время беременности по сравнению с низкой прибавкой веса во время беременности. увеличение веса. Для дальнейшего изучения потенциального вклада активности эндогенных метаболических путей в уровни этих жирных кислот в молоке мы вводили DO самкам C57BL/6J, которых кормили диетой с высоким содержанием жиров на основе очищенного сала (HFD) или диетой с низким содержанием жиров во время беременности, и количественно определяли общий и de novo синтезированный уровень жирных кислот в их молоке. Мы обнаружили, что синтез de novo в течение трех дней может составлять от 10 до 50 % ммBCFA в молоке от самок, находящихся на диете с низким содержанием жиров, в зависимости от видов жирных кислот с разветвленной цепью. Тем не менее, у мышей, получавших HFD, в молоке значительно снизилось количество синтезируемых de novo жирных кислот, что привело к снижению общего количества ммBCFA и уровней жирных кислот со средней длиной цепи. В целом, наши результаты подчеркивают разнообразный состав жирных кислот женского молока и то, что уровни ммBCFA в грудном молоке различаются в зависимости от фенотипа увеличения массы тела во время беременности. Кроме того, наши данные показывают, что синтез de novo способствует повышению уровня ммBCFA в молоке мышей и, таким образом, также может быть фактором, способствующим уровням ммBCFA в грудном молоке. Учитывая новые данные, указывающие на то, что ммBCFA могут быть полезными компонентами молока, это исследование способствует нашим знаниям о фенотипических факторах, которые могут влиять на их уровень.

Мута, Ю., Линарес, Х.Ф., Мартинес-Ордоньес, А., Дюран, А., Сид-Диас, Т., Киносита, Х., Чжан, Х., Хан, К., Наканиши, Ю., Наканиши, Н., Кордес Т., Арора Г.К., Руис-Мартинес М., Рейна-Кампос М., Касашима Х., Яширо М., Маэда К., Альбаладехо-Гонсалес А., Торрес- Морено Д., Гарсия-Солано Х., Конеса-Самора П., Ингирами Г., Металло, см, Осборн, Т.Ф., Диас-Меко, М.Т., Москат, Дж. Усиленный биосинтез холестерина, управляемый SREBP2, за счет дефицита PKCλ/ι в эпителиальных клетках кишечника способствует агрессивному зубчатому опухолевому генезу. (2023) Природа связи. 14(1):8075. DOI: 10.1038/s41467-023-43690-5

+ развернуть аннотацию

Метаболические и сигнальные пути, регулирующие возникновение и прогрессирование агрессивного мезенхимального колоректального рака (КРР) по зубчатому пути, в значительной степени неизвестны. Несмотря на то, что они относительно хорошо охарактеризованы как мутантные виды рака BRAF, их плохой ответ на текущую таргетную терапию, трудность пренеопластического выявления и сложную эндоскопическую резекцию делают выявление их метаболических потребностей приоритетом. Здесь мы демонстрируем, что фосфорилирование SCAP атипичным PKC (aPKC), PKCλ/ι, способствует его деградации и ингибирует обработку и активацию SREBP2, главного регулятора биосинтеза холестерина. Мы показываем, что активация SREBP2 и холестерина за счет снижения уровней aPKC необходима для контроля метаплазии и создания наиболее агрессивной субпопуляции клеток в зубчатых опухолях у мышей и людей. Поскольку эти изменения также выявляются до неопластической трансформации, а также чувствительность этих опухолей к ингибиторам метаболизма холестерина, наши данные показывают, что нацеливание на биосинтез холестерина является потенциальным механизмом зубчатой химиопрофилактики.

Чжан Дж., Кейблер М.А., Донг В., Гелфи Дж., Кордес Т., Канашова Т., Пайлот А., Линстер К.Л., Диттмар Г., Металло, см, Лаутеншлегер Т., Хиллер К., Стефанопулос Г. Нецелевой метаболомный анализ с помощью стабильных изотопов идентифицирует накопление эритроната, вызванное ALDH1A1, в клетках рака легких. (2023) Биомедицина. 11(10). DOI: 10.3390/биомедицины11102842

+ развернуть аннотацию

Используя нецелевой подход метаболомики с использованием стабильных изотопов, мы идентифицируем эритронат как метаболит, который накапливается в нескольких линиях раковых клеток человека. Сообщалось, что эритронат является продуктом детоксикации, полученным в результате нецелевого гликолитического метаболизма. Мы используем химические ингибиторы и генетическое молчание, чтобы определить промежуточный эритрозо-4-фосфат (E4P) пентозофосфатного пути в качестве исходного субстрата для производства эритроната. Однако после ферментативного фракционирования белков и последующего протеомного анализа мы идентифицируем альдегиддегидрогеназу 1А1 (ALDH1A1) как основной участник окисления эритрозы до эритроната в клеточных экстрактах. Модулируя экспрессию ALDH1A1 в линиях раковых клеток, мы обеспечиваем дополнительную поддержку. Таким образом, мы описываем возможный альтернативный путь производства эритроната, включающий дефосфорилирование E4P с образованием эритрозы с последующим его окислением ALDH1A1. Наконец, мы измеряем повышенную концентрацию эритроната в опухолях по сравнению с прилегающими нормальными тканями у пациентов с раком легких. Эти данные позволяют предположить, что накопление эритроната является примером метаболического перепрограммирования в раковых клетках, что повышает вероятность того, что повышенный уровень эритроната может служить биомаркером определенных типов рака.

Юлия, Э., Металло, см Метионин и HS изменяют диалог рак-иммунитет. (2023) Нат Метаб. DOI: 10.1038/s42255-023-00862-3

Хандзлик, МК, Металло, см Источники и поглотители серина в питании, здоровье и болезнях. (2023) Annu Rev Nutr. DOI: 10.1146/annurev-nutr-061021-022648

+ развернуть аннотацию

Нарушение регуляции аминокислот стало важным фактором прогрессирования заболевания в различных контекстах. L-серин находится в центральном узле метаболизма, связывая углеводный обмен, трансаминирование, глицин и одноуглеродный метаболизм, опосредованный фолиевой кислотой, с синтезом белка и различными нисходящими биоэнергетическими и биосинтетическими путями. L-серин вырабатывается локально в головном мозге, но поступает преимущественно из глицина и одноуглеродного метаболизма в периферических тканях посредством метаболизма в печени и почках. Нарушение регуляции или активности синтеза и удаления L-серина происходит в контексте генетических заболеваний, а также хронических болезненных состояний, что приводит к низким уровням циркулирующего L-серина и патогенезу в нервной системе, сетчатке, сердце и стареющих мышцах. Диетические вмешательства в доклинических моделях модулируют сенсорную невропатию, ретинопатию, рост опухоли и регенерацию мышц. Тест на толерантность к серину может обеспечить количественную оценку гомеостаза L-серина, которая выявляет пациентов, которые могут быть восприимчивы к невропатии или реагировать на терапию. Ожидаемая дата окончательной онлайн-публикации 43-го тома — август 2023 года. Пересмотренные оценки см. на http://www.annualreviews.org/page/journal/pubdates.

Ид К.Т., Анселл Б.Р., Джайлз С., Фэллон Р., Харкинс-Перри С., Нагасаки Т., Царидис С., Уоллес М., Миллс Э.А., Фараши С., Джонсон , А., Зауэр, Л., Харт, Б., Рубио, Э.Д., Бахло, М., Металло, С., Алликметс Р., Гантнер М.Л., Бернштейн П.С., Фридлендер М. Пигментированные эпителиальные клетки сетчатки, полученные из иПСК, у пациентов с макулярной телеангиэктазией демонстрируют снижение митохондриальной функции. (2023) Журнал клинических исследований. 133(9). DOI: 10.1172/JCI163771

+ развернуть аннотацию

Индуцированные пациентом плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) представляют собой мощный инструмент для выявления клеточных и молекулярных механизмов заболевания. Макулярная телеангиэктазия типа 2 (MacTel) является редким, поздним дегенеративным заболеванием сетчатки с чрезвычайно гетерогенной генетической архитектурой, поддающимся использованию ИПСК. Секвенирование всего экзома и анализ родословных выявили редкие причинные мутации, на долю которых приходится менее 5% случаев. Метаболомические исследования популяций пациентов и GWAS связывают MacTel со сниженными уровнями циркулирующего серина и повышенными уровнями нейротоксических 1-дезоксисфинголипидов (1-дСЛ). Однако специфические для сетчатки факторы, способствующие заболеванию, еще предстоит выявить. Здесь мы использовали iPSC-дифференцированные клетки пигментированного эпителия сетчатки (iRPE), полученные от доноров с MacTel или без него, для скрининга новых внутриклеточных патологических механизмов. Мы показываем, что клетки MacTel iRPE имитировали низкие уровни серина, наблюдаемые в сыворотке пациентов с MacTel. С помощью RNA-Seq и анализа пути обогащения набора генов мы определили, что клетки MacTel iRPE обогащены путями клеточного стресса и нарушением регуляции центрального углеродного метаболизма. Используя респирометрию и митохондриальное стресс-тестирование, мы функционально подтвердили, что клетки MacTel iRPE имеют снижение митохондриальной функции, которое не зависит от дефектов биосинтеза серина и накопления 1-dSL. Таким образом, мы идентифицировали фенотипы, которые могут представлять собой альтернативные механизмы заболевания помимо известного пути серин/сфинголипиды.

Куна Р.С., Кумар А., Вессендорф-Родригес К.А., Гальвез Х., Грин Ч.Р., МакГрегор Г.Х., Кордес Т., Шоу Р.Дж., Свенссон Р.У., Металло, см Взаимодействие между органеллами поддерживает гомеостаз ацетил-коэнзима А и липогенез при метаболическом стрессе. (2023) Научные достижения 9(18):eadf0138. DOI: 10.1126/sciadv.adf0138

+ развернуть аннотацию

Пролиферирующие клетки полагаются на ацетил-КоА для поддержки биогенеза и ацетилирования мембран. Доступны несколько специфичных для органелл путей для обеспечения ацетил-КоА, поскольку доступность питательных веществ колеблется, поэтому понимание того, как клетки поддерживают гомеостаз ацетил-КоА при таких стрессах, является критически важным. С этой целью мы применили отслеживание изотопов С клеточных линий, дефицитных по этим митохондриальным [АТФ-цитратлиаза (ACLY)]-, цитозольным [ацетил-КоА-синтетазе (ACSS2)]- и пероксисомным [пероксисомальному фактору биогенеза 5 (PEX5)]- зависимые пути. Нокаут ACLY во многих клеточных линиях снижает синтез жирных кислот и увеличивает зависимость от внеклеточных липидов или ацетата. Нокаут как ACLY, так и ACSS2 (DKO) сильно останавливал рост, но не полностью блокировал пролиферацию, что позволяет предположить, что альтернативные пути могут поддерживать гомеостаз ацетил-КоА. Метаболическое отслеживание и исследования нокаута PEX5 связывают пероксисомальное окисление экзогенных липидов как основного источника ацетил-КоА для липогенеза и ацетилирования гистонов в клетках, лишенных ACLY, подчеркивая роль перекрестных помех между органеллами в поддержании выживания клеток в ответ на колебания питательных веществ.

Хейден К.Е., Фиддлер Дж.Л., Сю Ю., Малышева О.В., Хандзлик М.К., Финни В.Н., Стайлз Л., Стейблер С.П., Металло, см, Кодилл, Массачусетс, Филд, М.С. Снижение экспрессии метионинсинтазы приводит к накоплению урацила в митохондриальной ДНК и нарушению окислительной способности. (2023) ПНАС Нексус. 2(4):pgad105. DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad105

+ развернуть аннотацию

Адекватные уровни тимидилата [дезокситимидинмонофосфата (дТМФ) или основания «Т» в ДНК] необходимы для стабильности митохондриальной ДНК (мтДНК) и ядерной ДНК (яДНК). Фолиевая кислота и витамин B12 (B12) являются важными кофакторами фолат-опосредованного одноуглеродного метаболизма (FOCM), метаболической сети, которая поддерживает синтез нуклеотидов (включая dTMP) и метионина. Возмущения в FOCM нарушают синтез dTMP, вызывая неправильное включение урацила (или основания «U») в ДНК. При дефиците B12 клеточный фолат накапливается в виде 5-метилтетрадрифолата (5-метил-ТГФ), ограничивая синтез нуклеотидов. Цель этого исследования состояла в том, чтобы определить, как сниженные уровни B12-зависимого фермента метионинсинтазы (MTR) и диетического фолата взаимодействуют, влияя на целостность мтДНК и функцию митохондрий в печени мышей. Накопление фолиевой кислоты, уровни урацила, содержание мтДНК и способность к окислительному фосфорилированию измеряли у самцов и мышей, отнятых от груди либо на диету с достаточным содержанием фолиевой кислоты (2 мг/кг фолиевой кислоты), либо на диету с дефицитом фолиевой кислоты (FD) (отсутствие фолиевой кислоты) в течение 7 недель. гетерозиготность приводила к повышению уровня 5-метил-ТГФ в печени. у мышей, получавших диету С, также наблюдалось 40-кратное увеличение содержания урацила в мтДНК печени. у мышей, потреблявших диету FD, наблюдалось меньшее накопление урацила в мтДНК печени по сравнению с мышами, потреблявшими диету FD. Кроме того, у мышей было на 25% ниже содержание мтДНК в печени и на 20% ниже максимальное потребление кислорода. Известно, что нарушения митохондриальной FOCM приводят к увеличению содержания урацила в мтДНК. Это исследование демонстрирует, что нарушение цитозольного синтеза dTMP, вызванное снижением экспрессии, также приводит к увеличению содержания урацила в мтДНК.

Кульманн-Хоган, А., Кордес, Т., Сюй, З., Трайна, К.А., Роблес-Отейза, К., Айени, Д., Квонг, Э.М., Леви, С.Р., Нобари, М., Ченг, Г.З., Шоу Р., Лейбель С.Л., Металло, см, Полити К., Каеч С.М. Аденокарциномы легких с EGFR участвуют в метаболизме и функции альвеолярных макрофагов, поддерживая передачу сигналов и рост EGFR. (2023) биоRxiv. DOI: 10.1101 / 2023.04.15.536974

+ развернуть аннотацию

Ограниченная эффективность одобренных в настоящее время иммунотерапевтических средств при аденокарциноме легкого с мутацией EGFR (LUAD) подчеркивает необходимость лучшего понимания механизмов, регулирующих локальную иммуносупрессию. Повышенная секреция сурфактанта и GM-CSF из трансформированного эпителия индуцирует ассоциированные с опухолью альвеолярные макрофаги (TA-AM) к пролиферации и поддержке роста опухоли путем перестройки воспалительных функций и метаболизма липидов. Свойства TA-AM обусловлены повышенной передачей сигналов GM-CSF-PPARγ, а ингибирование GM-CSF или PPARγ в дыхательных путях в TA-AM подавляет отток холестерина в опухолевые клетки, что нарушает фосфорилирование EGFR и сдерживает прогрессирование LUAD. В отсутствие метаболической поддержки TA-AM клетки LUAD компенсируют это повышением синтеза холестерина, а блокирование PPARγ в TA-AM одновременно с терапией статинами дополнительно подавляет прогрессирование опухоли и усиливает эффекторные функции Т-клеток. Эти результаты раскрывают новые терапевтические комбинации для устойчивых к иммунотерапии EGFR-мутантных LUAD и демонстрируют, как такие раковые клетки могут метаболически кооптировать TA-AM посредством передачи сигналов GM-CSF-PPARγ для обеспечения питательных веществ, которые способствуют онкогенной передаче сигналов и росту.

Тригер, Г.В., Пессентейнер, А.Р., Перселл, С.К., Грин, Ч.Р., ДеФорест, Н., Виллерт, К., Маджития, А.Р., Металло, см, Годула К., Гордц ПЛСМ Инженерия гликокаликса с миметиками гепарансульфата ослабляет активность Wnt во время адипогенеза, способствуя поглощению и метаболизму глюкозы. (2023) Журнал биологической химии.:104611 DOI: 10.1016/j.jbc.2023.104611

+ развернуть аннотацию

Жировая ткань (ЖТ) играет решающую роль в поддержании метаболического гомеостаза, сохраняя липиды и глюкозу из циркуляции в виде внутриклеточного жира. Поскольку периферические ткани, такие как AT, становятся резистентными к инсулину, происходит декомпенсация уровня глюкозы в крови, что приводит к диабету 2 типа (СД2). В настоящее время модулирование гликокаликса, слоя гликанов клеточной поверхности, является недостаточно изученной фармакологической стратегией лечения для улучшения гомеостаза глюкозы у пациентов с СД2. Здесь мы показываем новую роль гепарансульфата клеточной поверхности (HS) в установлении способности поглощения глюкозы и метаболического использования в дифференцированных адипоцитах. Используя комбинацию химических и генетических вмешательств, мы определили, что HS модулирует этот метаболический фенотип, ослабляя уровни передачи сигналов Wnt во время адипогенеза. Создавая гликокаликс преадипоцитов с экзогенными синтетическими миметиками HS, мы смогли повысить способность клиренса глюкозы после дифференцировки за счет модуляции доступности лиганда Wnt. Эти данные свидетельствуют о том, что клеточный гликокаликс является возможной новой мишенью для терапевтического вмешательства у пациентов с СД2 за счет повышения способности клиренса глюкозы независимо от секреции инсулина.

Грин, Ч.Р., Бонелли, Р., Анселл, БРЕ, Царидис, С., Хандзлик, М.К., МакГрегор, Г.Х., Харт, Б., Тромбли, Дж., Рейли, М.М., Бернштейн, П.С., Иган, К., Фруттигер М., Уоллес М., Бахло М., Фридлендер М., Металло, см, Гантнер, М.Л. Дивергентный метаболизм аминокислот и сфинголипидов у пациентов с наследственным нейроретинальным заболеванием. (2023) Молекулярный метаболизм.:101716 DOI: 10.1016/j.molmet.2023.101716

+ развернуть аннотацию

Уортам, М., Лю, Ф., Харрингтон, А.Р., Флейшман, Дж.Й., Уоллес, М., Мулас, Ф., Маллик, М., Винкир, Н.К., Кросс, Б.Р., Чиоу, Дж., Патель, Н.А., Суи Ю., МакГрейл К., Джун Ю., Ван Г., Джхала У.С., Шюле Р., Ширихай О.С., Хейзинг М.О., Голтон К.Дж., Металло, см, Сандер, М. Питательная регуляция эпигенома островков контролирует адаптивную секрецию инсулина. (2023) Журнал клинических исследований. DOI: 10.1172 / JCI165208

+ развернуть аннотацию

Адаптация секреции инсулина островковыми β-клетками к изменению потребности в инсулине имеет решающее значение для гомеостаза глюкозы в крови, однако механизмы, лежащие в основе этой адаптации, неизвестны. Здесь мы показали, что ацетилирование гистонов, стимулированное питательными веществами, играет ключевую роль в адаптации секреции инсулина посредством регуляции генов, участвующих в восприятии питательных веществ и метаболизме β-клетками. Питательная регуляция эпигенома происходила на участках, занятых модифицирующим хроматин ферментом Lysine-specific demethylase 1 (Lsd1) в островках. Специфическая для β-клеток делеция Lsd1 приводила к гиперсекреции инсулина, аберрантной экспрессии генов ответа на питательные вещества и гиперацетилированию гистонов. Островки мышей, адаптированных к хронически повышенной потребности в инсулине, демонстрируют общие эпигенетические и транскрипционные изменения. Более того, мы обнаружили, что генетические варианты, связанные с диабетом 2 типа, были обогащены участками, связанными с LSD1, в островках человека, что позволяет предположить, что интерпретация сигналов питательных веществ генетически детерминирована и клинически значима. В целом, эти исследования показали, что адаптивная секреция инсулина включает Lsd1-опосредованное соединение состояния питательных веществ с регуляцией эпигенома островков.

Хандзлик, М.К., Генгатаран, Дж.М., Фриззи, К.Е., МакГрегор, Г.Х., Мартино, К., Рахман, Г., Гонсалес, А., Морено, А.М., Грин, Ч.Р., Гернси, Л.С., Лин, Т., Ценг, П., Идегучи Ю., Фэллон Р.Дж., Чайкс А., Панда С., Мали П., Уоллес М., Найт Р., Гантнер М.Л., Калькутт Н.А., Металло, см Инсулин-регулируемый метаболизм серина и липидов вызывает периферическую невропатию. (2023) Природа. DOI: 10.1038/s41586-022-05637-6

+ развернуть аннотацию

Диабет представляет собой спектр заболеваний, при которых метаболическая дисфункция повреждает многие системы органов, включая печень, почки и периферические нервы. Хотя начало и прогрессирование этих сопутствующих заболеваний связаны с резистентностью к инсулину, гипергликемией и дислипидемией, аномальный метаболизм заменимых аминокислот (NEAA) также вносит свой вклад в патогенез диабета. Серин и глицин являются близкородственными NEAA, уровни которых постоянно снижаются у пациентов с метаболическим синдромом, но механистические факторы и последующие последствия этого метаботипа остаются неясными. Низкий системный уровень серина и глицина также становится отличительной чертой заболеваний желтого пятна и периферических нервов, что коррелирует с нарушением остроты зрения и периферической невропатией. Здесь мы демонстрируем, что аномальный гомеостаз серина вызывает дефицит серина и глицина у мышей с диабетом, который можно диагностировать с помощью теста на толерантность к серину, который количественно определяет поглощение и удаление серина. Имитация этих метаболических изменений у молодых мышей путем ограничения в рационе серина или глицина вместе с высоким потреблением жиров заметно ускоряет развитие невропатии мелких волокон при одновременном снижении ожирения. Нормализация серина с помощью пищевых добавок и смягчение дислипидемии с помощью мириоцина облегчают невропатию у мышей с диабетом, связывая серин-ассоциированную периферическую невропатию с метаболизмом сфинголипидов. Эти результаты идентифицируют системный дефицит серина и дислипидемию как новые факторы риска периферической невропатии, которые можно использовать в терапевтических целях.

Лаурила П.П., Вольвенд М., Имамура де Лима Т., Луан П., Херциг С., Заноу Н., Крисол Б., Бу-Слейман М., Порку Э., Галларт- Аяла Х., Хандзлик М.К., Ван К., Джайн С., Д'Амико Д., Салонен М., Металло, см, Куталик З., Эйхманн Т.О., Плейс Н., Иванишевич Дж., Лахти Дж., Эрикссон Дж.Г., Ауверкс Дж. Сфинголипиды накапливаются в стареющих мышцах, и их снижение противодействует саркопении. (2022) Нат Старение. 2(12):1159-1175. DOI: 10.1038/s43587-022-00309-6

+ развернуть аннотацию

Возрастная мышечная дисфункция и саркопения являются основными причинами физической недееспособности у пожилых людей и в настоящее время не имеют жизнеспособных стратегий лечения. Здесь мы обнаруживаем, что сфинголипиды накапливаются в скелетных мышцах мышей при старении и что как генетическое, так и фармакологическое ингибирование синтеза сфинголипидов предотвращает возрастное снижение мышечной массы, одновременно повышая силу и работоспособность. Ингибирование синтеза сфинголипидов придает повышенный миогенный потенциал и способствует синтезу белка. В рамках сфинголипидного пути мы показываем, что накопление дигидроцерамидов является виновником нарушения миофибриллярного гомеостаза. Актуальность путей сфинголипидов в старении человека продемонстрирована в двух когортах, UK Biobank и Helsinki Birth Cohort Study, в которых варианты SPTLC1 и DEGS1, снижающие экспрессию генов, связаны с улучшением и снижением приспособленности пожилых людей соответственно. Эти результаты определяют ингибирование синтеза сфинголипидов как привлекательную терапевтическую стратегию для возрастной саркопении и сопутствующих патологий.

Су, Х., Ян, Ф., Фу, Р., Трин, Б., Сунь, Н., Лю, Дж., Кумар, А., Багьери, Дж., Сируно, Дж., Ле, М., Ли Ю., Дозье С., Наир А., Филлиол А., Синчай Н., Розенталь С.Б., Сантини Дж., Металло, см, Молина А., Швабе Р.Ф., Лоуи А.М., Бреннер Д., Сан Б., Карин М. Зависимая от коллагенолиза передача сигналов DDR1 определяет исход рака поджелудочной железы. (2022) Природа. DOI: 10.1038 / s41586-022-05169-Z

+ развернуть аннотацию

Аденокарцинома протоков поджелудочной железы (PDAC) является высокодесмопластическим, агрессивным раком, который часто прогрессирует и метастазирует в печень. Связанные с раком фибробласты, внеклеточный матрикс и коллаген типа I (Col I) поддерживают или сдерживают прогрессирование PDAC и могут препятствовать кровоснабжению и доступности питательных веществ. Дихотомическая роль стромы в PDAC и механизмы, посредством которых она влияет на выживаемость пациентов и позволяет десмопластическому раку избежать ограничения питательных веществ, остаются плохо изученными. Здесь мы показываем, что Col I, расщепленный матриксной металлопротеазой (cCol I), и интактный Col I (iCol I) оказывают противоположное влияние на биоэнергетику PDAC, макропиноцитоз, рост опухоли и метастазирование. В то время как cCol I активирует передачу сигналов рецептора 1 домена дискоидина (DDR1)-NF-κB-p62-NRF2, чтобы способствовать росту PDAC, iCol I запускает деградацию DDR1 и сдерживает рост PDAC. Пациенты, чьи опухоли обогащены iCol I и экспрессируют низкие уровни DDR1 и NRF2, имеют улучшенную медиану выживаемости по сравнению с теми, чьи опухоли имеют высокие уровни cCol I, DDR1 и NRF2. Ингибирование DDR1-стимулированной экспрессии NF-κB или митохондриального биогенеза блокирует онкогенез у мышей дикого типа, но не у мышей, которые экспрессируют устойчивый к ММП Col I. Различные эффекты стромы опухоли на рост и метастазирование PDAC и на выживание пациентов опосредуется путем митохондриального биогенеза Col I-DDR1-NF-κB-NRF2, и нацеливание на компоненты этого пути может предоставить терапевтические возможности.

Кордес, Т., Куна, Р.С., МакГрегор, Г.Х., Кхаре, С.В., Генгатаран, Дж., Мутусами, Т., Металло, см Синтез 1-дезоксисфинголипидов нарушает независимый от якоря рост и эндоцитоз плазматической мембраны в раковых клетках. (2022) Журнал исследований липидов.:100281 DOI: 10.1016/j.jlr.2022.100281

+ развернуть аннотацию

Серинпальмитоилтрансфераза (SPT) преимущественно включает серин и жирные ацил-КоА в различные сфинголипиды, которые служат структурными компонентами мембран и сигнальными молекулами внутри или между клетками. Однако SPT также использует аланин в качестве субстрата в контексте низкой доступности серина, накопления аланина или вызывающих заболевание мутаций при наследственной сенсорной нейропатии типа I (HSAN1), что приводит к синтезу и накоплению 1-дезоксисфинголипидов. Эти виды способствуют цитотоксичности в нейронах и влияют на различные клеточные фенотипы, включая подавление роста раковых клеток, независимого от привязки. Хотя измененные уровни серина и аланина могут способствовать синтезу 1-дезоксисфинголипидов, они влияют на многие другие метаболические пути, важные для раковых клеток. Здесь мы объединили отслеживание изотопов, количественную метаболомику и функциональные исследования, чтобы лучше понять механистические факторы токсичности 1-дезоксисфинголипидов в раковых клетках. Мы определили, что как обработка аланином, так и экспрессия SPTLC1 индуцируют синтез и накопление 1-дезокси(дигидро)церамида, но не оказывают широкого влияния на промежуточный метаболизм, содержание других липидов или рост прикрепленных клеток. Однако мы обнаружили, что сфероидная культура и образование колоний на мягком агаре были нарушены, когда синтез эндогенного 1-дезоксисфинголипида индуцировался посредством экспрессии SPTLC1. В соответствии с этим воздействием на независимый от закрепления рост клеток, мы наблюдали, что синтез 1-дезоксисфинголипидов снижает эндоцитоз плазматической мембраны. Эти результаты подчеркивают потенциальную роль неразборчивости КПТ в связи измененного метаболизма аминокислот с эндоцитозом плазматической мембраны.

Мартино К., Зарамела Л.С., Гао Б., Эмбри М., Тарасова Дж., Паркер С.Дж., Ван Ю., Чу Х., Чен П., Ли К.С., Галзерани Д.Д. , Генгатаран Дж. М., Лекбуа А., Нил М., Найт Р., Цукамото Х., Металло, см, Шнабл Б., Ценглер К. Ацетат перепрограммирует кишечную микробиоту во время употребления алкоголя. (2022) Природа связи. 13(1):4630. DOI: 10.1038/s41467-022-31973-2

+ развернуть аннотацию

Повреждение печени из-за хронического употребления алкоголя является одним из наиболее распространенных заболеваний печени. Частота употребления алкоголя является сильным фактором изменчивости микробиоты. Здесь мы используем меченый изотопом [1-C] этанол, метагеномику и метатранскриптомику в моделях мышей, получающих этанол, и внутрижелудочных мышах, чтобы исследовать метаболические воздействия потребления алкоголя на микробиоту кишечника. Во-первых, мы показываем, что хотя этанол, меченный стабильным изотопом [1-C], вносит вклад в пулы жирных кислот в печени, плазме и слепой кишке мышей, нет никаких доказательств метаболизма этанола кишечной микробиотой ex vivo в анаэробных условиях. Затем с помощью метатранскриптомики мы наблюдаем, что микробиота кишечника реагирует на прием этанола путем активации диссимиляции ацетата, а не путем прямого метаболизма этанола. Мы демонстрируем, что концентрация ацетата в крови повышается при употреблении этанола. Наконец, повышая системный уровень ацетата с помощью добавки глицерилтриацетата, мы не наблюдаем никакого влияния на заболевание печени, но вызываем аналогичные изменения микробиоты кишечника, как и при постоянном употреблении этанола у мышей. Наши результаты показывают, что этанол напрямую не метаболизируется микробиотой кишечника, а изменения в микробиоте кишечника, связанные с этанолом, являются побочным эффектом повышенного уровня ацетата. Исключение этих эффектов ацетата может иметь решающее значение для понимания изменений микробиоты кишечника, которые вызывают заболевания печени, связанные с алкоголем.

Хе, В., Хенне, А., Лаутербах, М., Гайсмар, Э., Николка, Ф., Кхо, К., Хайнц, А., Достерт, К., Грусдат, М., Кордес, Т., Хэрм Дж., Гольдманн О., Юэн А., Вершурен К., Блей-Кадане Дж., Гефферс Р., Гарритсен Х., Нилинг М., Холм С.К., Металло, см, Медина Э., Абдулла З., Латц Э., Бреннер Д., Хиллер К. Месаконат синтезируется из итаконата и оказывает иммуномодулирующее действие на макрофаги. (2022) Нат Метаб. DOI: 10.1038/s42255-022-00565-1

+ развернуть аннотацию

С момента своего открытия в воспалительных макрофагах итаконат привлек большое внимание благодаря своей антимикробной и иммуномодулирующей активности. Однако вместо изучения самого итаконата в большинстве исследований использовались дериватизированные формы итаконата, и поэтому необходимо тщательно изучить роль недериватизированного итаконата. Месаконат, метаболит, структурно очень близкий к итаконату, никогда не обнаруживался в клетках млекопитающих. Здесь мы показываем, что мезаконат синтезируется в воспалительных макрофагах из итаконата. Мы обнаружили, что как недериватизированный итаконат, так и мезаконат ослабляют гликолитическую активность в одинаковой степени, тогда как только итаконат способен подавлять активность цикла трикарбоновых кислот и клеточное дыхание. В отличие от итаконата, мезаконат не ингибирует сукцинатдегидрогеназу. Несмотря на их различное влияние на метаболизм, оба метаболита оказывают одинаковое иммуномодулирующее действие на провоспалительные макрофаги, в частности снижение секреции интерлейкина (IL)-6 и IL-12 и увеличение продукции CXCL10 способом, который не зависит от NRF2 и ATF3. . Мы показываем, что лечение ни месаконатом, ни итаконатом не ухудшает секрецию IL-1β и активацию воспаления. Таким образом, наши результаты идентифицируют месаконат как иммуномодулирующий метаболит в макрофагах, который в меньшей степени влияет на клеточный метаболизм, чем итаконат.

Переа-Гил, И., Сигер, Т., Брюнель, ААН, Термглинчан, В., Монте, Э., Лим, Э.В., Вадгама, Н., Фурихата, Т., Гавидиа, А.А., Артур Атаам, Дж., Бхаруча Н., Мартинес-Амадор Н., Амин М., Наир П., Серрано Р., Каур Б., Фейен Д.А.М., Дике С., Снайдер М.П., Металло, см, Меркола М., Каракикес И. Биосинтез серина как новая терапевтическая мишень при дилатационной кардиомиопатии. (2022) Eur Heart J. DOI: 10.1093/eurheartj/ehac305

+ развернуть аннотацию

Линарес, Дж.Ф., Сид-Диас, Т., Дюран, А., Осродек, М., Мартинес-Ордоньес, А., Рейна-Кампос, М., Куо, Х.Х., Элементо, О., Мартин, М.Л., Кордес, Т., Томпсон, Т.С., Металло, см, Москат, Дж., Диас-Меко, МТ Ось лактат-НАД активирует ассоциированные с раком фибробласты путем подавления p62. (2022) Сотовые отчеты 39(6):110792. DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110792

+ развернуть аннотацию

Снижение уровня p62 связано с индукцией фенотипа ассоциированных с раком фибробластов (CAF), который способствует онкогенезу in vitro и in vivo посредством воспаления и метаболического перепрограммирования. Однако то, как p62 подавляется в фибробластах стромы опухолевыми клетками, чтобы стимулировать активацию CAF, является нерешенным центральным вопросом в этой области. Здесь мы показываем, что секретируемый опухолью лактат подавляет транскрипцию p62 посредством механизма, включающего снижение отношения NAD/NADH, что нарушает активность поли(АДФ-рибоза)-полимеразы 1 (PARP-1). Ингибирование PARP-1 блокирует поли(АДФ-рибозил)ирование факторов транскрипции AP-1, c-FOS и c-JUN, что является обязательным шагом для подавления p62. Важно отметить, что восстановление уровней p62 в CAF с помощью NAD делает CAF менее активными. Ингибиторы PARP, такие как олапариб, имитируют лактат в снижении уровней стромального p62, а также в последующей стромальной активации как in vitro, так и in vivo, что позволяет предположить, что терапия с использованием олапариба будет эффективнее стратегий, направленных на ингибирование активности CAF.

Казанова-Вальве, Н., Дуглан, Д., Воан, М.Е., Париолло, М., Хандзлик, М.К., Фан, В., Ю, Р.Т., Лиддл, К., Даунс, М., Делези, Дж., Мелло , Р., Чан, А.Б., Вестермарк, П.О., Металло, см, Эванс, Р.М., Ламия, К.А. Ежедневный бег усиливает молекулярные и физиологические циркадные ритмы в скелетных мышцах. (2022) Молекулярный метаболизм.:101504 DOI: 10.1016/j.molmet.2022.101504

+ развернуть аннотацию

Парех У., Макдональд Д., Дайлами А., Ву Ю., Кордес Т., Чжан К., Типпс А., Металло, С., Мали, П. Диаграмма онкогенности генов и вариантов в разных линиях с помощью мультиплексных скринингов в тератомах. (2021) iНаука. 24(10):103149. DOI: 10.1016/j.isci.2021.103149

+ развернуть аннотацию

Деконструкция тканеспецифических эффектов генов и вариантов на пролиферацию имеет решающее значение для понимания клеточной трансформации и систематического выбора терапии рака. Для этого требуются масштабируемые методы для мультиплексных генетических скринингов, отслеживающих приспособленность во времени, по линиям и в подходящей нише, поскольку физиологические сигналы влияют на функциональные различия. С этой целью мы представляем подход, объединяющий скрининг драйверов рака одной клетки в тератомах с обогащением попаданий путем последовательной повторной инъекции тератомы, чтобы одновременно скринингировать драйверы в нескольких линиях in vivo. Используя эту систему, мы проанализировали популяционные сдвиги и специфичное для линии обогащение для 51 гена и варианта, связанного с раком, профилировав более 100,000 20 клеток, охватывающих более XNUMX линий, в течение двух раундов серийной повторной инъекции. Мы подтвердили, что сам по себе или в сочетании с миристоилированием сильно стимулирует пролиферацию нейронных линий-предшественников, демонстрируя признаки злокачественности. Кроме того, мутант обеспечивает пролиферативное преимущество в мезенхимальных клонах, таких как фибробласты. Наш метод обеспечивает мощную платформу для многолинейного лонгитюдного изучения онкогенеза.

Лим, Э.В., Хандзлик, М.К., Трефтс, Э., Генгатаран, Дж.М., Пондевида, К.М., Шоу, Р.Дж., Металло, см Прогрессирующие изменения метаболизма аминокислот и липидов коррелируют с периферической невропатией у мышей. (2021) Научные достижения 7(42):eabj4077. DOI: 10.1126/sciadv.abj4077

+ развернуть аннотацию

Митохондрии играют центральную роль в метаболическом гомеостазе, и прогрессирующие митохондриальные дефекты имеют разнообразные метаболические последствия, которые могут вызывать различные патофизиологические состояния. Здесь мы всесторонне охарактеризовали метаболические изменения у мышей PolgD257A. Уровень аланина плазмы со временем заметно увеличивался, другие органические кислоты накапливались в меньшей степени. Эти изменения отражали усиление циклов Кори и Кэхилла у мышей PolgD257A и последующую гипогликемию, которая не происходила при нормальном старении мышей. Прослеживание с помощью [15N] аммония дополнительно подтверждает этот сдвиг в метаболизме аминокислот с легким нарушением цикла мочевины. Мы также измерили изменения в липидоме, наблюдая снижение канонических липидов и накопление 1-дезоксисфинголипидов, которые синтезируются из аланина посредством беспорядочной активности серин-пальмитоилтрансферазы и коррелируют с периферической невропатией. В соответствии с этой метаболической связью, у мышей PolgD257A наблюдалась термическая гипоалгезия. Эти результаты подчеркивают продольные изменения, которые происходят в промежуточном метаболизме при митохондриальном нарушении, и определяют механизм, способствующий митохондриально-ассоциированной нейропатии.

Кумар А., Кордес Т., Талакер-Мерсер А.Э., Паджор А.М., Мерфи А.Н., Металло, см NaCT/SLC13A5 способствует импорту и метаболизму цитрата в условиях дефицита питательных веществ. (2021) Сотовые отчеты 36(11):109701. DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109701

+ развернуть аннотацию

Цитрат находится в критическом узле метаболизма, связывая метаболизм трикарбоновых кислот и липогенез через ацетил-коэнзим А. Недавние исследования показали, что дефицит натрий-зависимого транспортера цитрата (NaCT), кодируемого SLC13A5, нарушает регуляцию печеночного метаболизма и вызывает эпилепсию у детей. Чтобы изучить, как NaCT способствует метаболизму цитрата в клетках, имеющих отношение к патофизиологии этих заболеваний, мы применяем отслеживание изотопа C к SLC13A5-дефицитным клеткам гепатоцеллюлярной карциномы (HCC) и первичным кортикальным нейронам крысы. Экзогенный цитрат вносит заметный вклад в промежуточный метаболизм только в условиях гипоксии. В отсутствие глютамина добавление цитрата увеличивает липогенез de novo и рост клеток ГЦК. Нокаут SLC13A5 в клетках Huh7 ставит под угрозу поглощение цитрата и катаболизм. Добавление цитрата восстанавливает жизнеспособность клеток Huh7 в ответ на депривацию глютамина или лечение Zn, а дефицит NaCT смягчает эти эффекты. В совокупности эти результаты показывают, что опосредованное NaCT поглощение цитрата является метаболически важным в условиях ограниченного количества питательных веществ и может способствовать устойчивости к токсичности металлов.

Йебра М., Бхаргава С., Кумар А., Бургойн А. М., Танг К. М., Юн Х., Банерджи С., Агилера Дж., Кордес Т., Шет В., Нох, С., Устой, Р., Ли, С., Адвани, С.Дж., Корлесс, К.Л., Генрих, М.С., Курцрок, Р., Липпман, С.М., Фанта, П.Т., Харисменди, О., Металло, С., Сиклик, Дж. К. Создание моделей желудочно-кишечной стромальной опухоли с дефицитом сукцинатдегидрогеназы, полученных от пациентов, для прогнозирования терапевтического ответа. (2021) Клинические исследования рака. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-21-2092

+ развернуть аннотацию

Рави А., Паламиук Л., Лофран Р.М., Трискотт Дж., Арора Г.К., Кумар А., Тиу В., Паули К., Рейст М., Лью Р.Дж., Хулихан С.Л. , Феллманн, К., Металло, С., Рубин М.А., Эмерлинг Б.М. PI5P4K управляют метаболическим гомеостазом посредством взаимодействия пероксисом и митохондрий. (2021) Развивающая ячейка. 56(11):1661-1676.e10. DOI: 10.1016/j.devcel.2021.04.019

+ развернуть аннотацию

PI5P4K представляют собой класс фосфоинозитидкиназ, которые фосфорилируют PI-5-P до PI-4,5-P. Четкая локализация фосфоинозитидов является фундаментальной для множества клеточных функций. Здесь мы определяем роль пероксисомального PI-4,5-P, генерируемого PI5P4K, в поддержании энергетического баланса. Мы демонстрируем, что PI-4,5-P регулирует пероксисомальное окисление жирных кислот, опосредуя доставку липидных капель к пероксисомам, что необходимо для поддержания митохондриального метаболизма. Используя липиды с флуоресцентной меткой и отслеживание метаболитов, мы показываем, что потеря PI5P4K значительно ухудшает поглощение липидов и β-окисление в митохондриях. Кроме того, потеря PI5P4Ks приводит к резким изменениям в митохондриальной структурной и функциональной целостности, которые еще больше усугубляются при лишении питательных веществ, вызывая гибель клеток. Примечательно, что ингибирование PI5P4K в раковых клетках и мышиных моделях опухолей приводит к снижению жизнеспособности клеток и росту опухоли соответственно. Вместе эти исследования раскрывают неизученную роль PI5P4K в сохранении метаболического гомеостаза, необходимого для онкогенеза.

Су, Х., Ян, Ф., Фу, Р., Ли, X., Френч, Р., Мозе, Э., Пу, X., Тринь, Б., Кумар, А., Лю, Дж., Антонуччи Л., Тодорич Дж., Лю Ю., Ху Ю., Диас-Меко М.Т., Москат Дж., Металло, см, Лоуи А.М., Сан Б., Карин М. Раковые клетки избегают ингибирования аутофагии за счет макропиноцитоза, индуцированного NRF2. (2021) Раковая клетка. 39(5):678-693.e11. DOI: 10.1016/j.ccell.2021.02.016

+ развернуть аннотацию

Многие виды рака, включая аденокарциному протоков поджелудочной железы (PDAC), зависят от опосредованной аутофагией очистки и рециркуляции внутриклеточных макромолекул, что позволяет предположить, что блокада аутофагии должна вызывать истощение опухоли и регрессию. Однако до сих пор монотерапия, ингибирующая аутофагию, не продемонстрировала мощной противораковой активности. Теперь мы показываем, что блокада аутофагии побуждает установленный PDAC активировать и использовать альтернативный путь получения питательных веществ: макропиноцитоз (MP), который позволяет опухолевым клеткам извлекать питательные вещества из внеклеточных источников и использовать их для выработки энергии. Переключение с аутофагии на MP, которое может быть эволюционно консервативным и не ограничиваться раковыми клетками, зависит от активации фактора транскрипции NRF2 адаптером аутофагии p62/SQSTM1. Активация NRF2 онкогенными мутациями, гипоксией и окислительным стрессом также приводит к усилению МП. Ингибирование MP в PDAC с нарушением аутофагии вызывает резкое снижение метаболизма и регрессию трансплантированных и аутохтонных опухолей, что указывает на терапевтические перспективы сочетания аутофагии и ингибиторов MP в клинике.

Сох, М.С., Уоллес, М., Шапиро, Э., Гоял, Н.П., Ньютон, КП, Ю, Э.Л., Бросс, К., Дюрелл, Дж., Нотт, К., Гангоити, Дж.А., Баршоп, Б.А., Генгатаран , Дж.М., Мерс, Н., Шляйн, А., Миддлтон, М.С., Сирлин, С.Б., Металло, см, Швиммер, Дж. Б. Потребление молочных жиров, пентадекановая кислота и изогептадекановая кислота плазмы обратно связаны с жиром в печени у детей. (2021) J Pediatr Gastroenterol Nutr. 72(4):e90-e96. DOI: 10.1097/MPG.0000000000003040

+ развернуть аннотацию

Кордес, Т., Металло, см Изучение эволюционных корней и физиологических функций итаконата. (2021) Курр Опин Биотехнолог. 68:144-150. DOI: 10.1016/j.copbio.2020.11.005

+ развернуть аннотацию

Ид К., Гантнер М.Л., Хостик Дж.А., Нагасаки Т., Джайлз С., Фэллон Р., Харкинс-Перри С., Бальдини М., Лим Э.В., Шеппке Л., Доррелл , MI, Cai, C., Baugh, EH, Wolock, CJ, Wallace, M., Berlow, RB, Goldstein, DB, Металло, см, Фридлендер М., Алликметс Р. Нарушение биосинтеза серина из-за гаплонедостаточности PHGDH вызывает заболевание сетчатки. (2021) Нат Метаб. 3(3):366-377. DOI: 10.1038/s42255-021-00361-3

+ развернуть аннотацию

Макулярная телеангиэктазия типа 2 (MacTel) представляет собой прогрессирующее дегенеративное заболевание сетчатки с поздним началом, связанное со снижением уровня серина в сыворотке крови, что повышает уровень циркулирующих токсичных видов церамидов, дезоксисфинголипидов (деоксиSL); однако причинные генетические варианты, которые снижают уровень серина у пациентов, не были идентифицированы. Здесь мы идентифицируем редкие функциональные варианты в гене, кодирующем ограничивающий скорость фермент биосинтеза серина, фосфоглицератдегидрогеназу (PHGDH), как единственный локус, отвечающий за значительную часть MacTel. Согласно модели доминирующего коллапсирующего анализа полногеномного анализа обогащения редких вариантов, которые, по прогнозам, влияют на функцию белка в 793 случаях MacTel и 17,610 1.2 совпадающих контролей, ген PHGDH достигает полногеномной значимости (P = 10 × 3.2) с вариантами, объясняющими ~ XNUMX % пораженных лиц. Далее мы показываем, что возникающие в результате функциональные дефекты в PHGDH вызывают снижение биосинтеза серина и накопление дезоксиSL в клетках пигментированного эпителия сетчатки. PHGDH является важным локусом для MacTel, который объясняет типичный фенотип заболевания и предлагает ряд потенциальных вариантов лечения.

Кордес, Т., Металло, см Итаконат изменяет метаболизм сукцината и кофермента А посредством ингибирования митохондриального комплекса II и мутазы метилмалонил-КоА. (2021) Метаболиты. 11(2). DOI: 10.3390/metabo11020117

+ развернуть аннотацию

Итаконат представляет собой низкомолекулярный метаболит, эндогенно продуцируемый цис-аконитатдекарбоксилазой-1 (ACOD1) в клетках млекопитающих и влияющий на многочисленные клеточные процессы. Метаболические последствия итаконата в клетках разнообразны и способствуют его регулирующей функции. Здесь мы применили методы отслеживания изотопов и масс-спектрометрии, чтобы изучить, как итаконат влияет на различные метаболические пути в культивируемых клетках. Итаконат является конкурентным и обратимым ингибитором комплекса II/сукцинатдегидрогеназы (SDH), который изменяет метаболизм цикла трикарбоновых кислот (TCA), приводя к накоплению сукцината. При активации коферментом А (КоА) итаконил-КоА ингибирует опосредованную аденозилкобаламином активность метилмалонил-КоА (МУТ) и, таким образом, косвенно влияет на метаболизм аминокислот с разветвленной цепью (ВСАА) и разнообразие жирных кислот. Таким образом, итаконат изменяет баланс видов КоА в митохондриях, влияя на метаболизм ТСА, аминокислот, витамина В и КоА. Наши результаты подчеркивают различные метаболические пути, регулируемые итаконатом, и обеспечивают дорожную карту, чтобы связать эти метаболиты с потенциальными последующими биологическими функциями.

Ли, Ю.М., Му, А., Уоллес, М., Генгатаран, Дж.М., Ферст, А.Дж., Боде, Л., Металло, см, Эйрес, Дж. С. Микробиота, контролирующая материнское поведение, регулирует ранний постнатальный рост потомства. (2021) Научные достижения 7(5). DOI: 10.1126/sciadv.abe6563

+ развернуть аннотацию

Геллер, Б.Дж., Блюм, Дж.Е., Лим, Э.В., Хандзлик, М.К., Ханна Фонг, Э.Х., Ко, АС, Ханна, С., Геллер, М.Е., Бендер, Э.Л., Александр, М.С., Стовер, П.Дж., Филд, М.С., Косгроув, BD, Металло, см, Талакер-Мерсер, AE Внеклеточный серин и глицин необходимы для функционирования стволовых и клеток-предшественников скелетных мышц мыши и человека. (2021) Молекулярный метаболизм. 43:101106. DOI: 10.1016/j.molmet.2020.101106

+ развернуть аннотацию

Huh, JY, Reilly, SM, Abu-Odeh, M., Murphy, AN, Mahata, SK, Zhang, J., Cho, Y., Seo, JB, Hung, CW, Green, CR, Металло, см, Салтиэль, Арканзас TANK-связывающая киназа 1 регулирует локализацию ацил-КоА-синтетазы ACSL1 для контроля окисления жирных кислот в печени. (2020) Метаболизм клеток. 32(6):1012-1027.e7. DOI: 10.1016/j.cmet.2020.10.010

+ развернуть аннотацию

Активность печеночной TANK (члена семейства TRAF, связанного с активатором NFκB), связывающей киназу 1 (TBK1), увеличивается при ожирении, а введение ингибитора TBK1 уменьшает ожирение печени. Удивительно, но нокаут специфического для печени TBK1 у мышей приводит к ожирению печени за счет снижения окисления жирных кислот. TBK1 функционирует как каркасный белок для локализации члена 1 семейства длинноцепочечных ацил-КоА-синтетаз (ACSL1) в митохондриях, которые генерируют ацил-КоА, направляемые для β-окисления. TBK1 индуцируется во время голодания и сохраняется в нефосфорилированном, неактивном состоянии, что обеспечивает его высокое сродство к связыванию с ACSL1 в митохондриях. В печени с дефицитом TBK1 ACSL1 смещается в эндоплазматический ретикулум, чтобы способствовать повторной этерификации жирных кислот вместо окисления в ответ на голодание, что ускоряет накопление липидов в печени. Нарушение окисления жирных кислот в TBK1-дефицитных гепатоцитах восстанавливается за счет экспрессии TBK1, мертвого киназой. Таким образом, TBK1 действует как реостат, управляя судьбой жирных кислот в гепатоцитах, поддерживая окисление в неактивном состоянии во время голодания и способствуя повторной этерификации при активации во время ожирения.

Уоллес, М., Металло, см Отслеживание понимания липогенеза de novo в печени и жировой ткани. (2020) Семинары по клеточной биологии и биологии развития. 108:65-71. DOI: 10.1016/j.semcdb.2020.02.012

+ развернуть аннотацию

Липиды играют важную роль в биологии, включая структурное разделение в качестве мембран, накопление энергии и регуляторные функции в качестве сигнальных молекул. Эти молекулы могут быть получены из окружающей среды (например, с пищей) или синтезированы de novo. Синтез жирных кислот является энергозатратным процессом и поэтому должен строго регулироваться, чтобы сбалансировать доступность жирных кислот с функциональными и энергетическими потребностями клеток и тканей. Здесь мы рассмотрим ключевые аспекты липогенеза de novo (DNL) в системах млекопитающих. Мы выделяем ключевые узлы пути, которые используются для количественного определения липогенных потоков и регуляции разнообразия жирных кислот в тканях. Далее мы обсудим ключевые аспекты функции DNL в основных липогенных тканях млекопитающих: печени, белой жировой ткани (WAT) и бурой жировой ткани (BAT), подчеркнув недавние молекулярные открытия, которые предполагают потенциальную роль тканеспецифических DNL. Наконец, мы предлагаем критические вопросы, которые будут важны для решения с использованием передовых подходов к количественному анализу DNL, описанных здесь.

Геллер М.Е., Вермейлен Ф., Хандзлик М.К., Геллер Б.Дж., Бендер Э., Металло, С., Айдемир Т.Б., Смрига М., Талакер-Мерсер А.Е. Толерантность к градуированным дозам добавок гистидина у здоровых взрослых людей. (2020) Am J Clin Nutr. 112(5):1358-1367. DOI: 10.1093/ajcn/nqaa210

+ развернуть аннотацию

Радд А.К., Миттал Н., Лим Э.В., Металло, см, Деварадж, Северная Каролина Низкомолекулярный флуорогенный зонд для обнаружения сфингозина в живых клетках. (2020) Журнал Американского химического общества. 142(42):17887-17891. DOI: 10.1021/jacs.0c06652

+ развернуть аннотацию

Одноцепочечный сфинголипид сфингозин является важным структурным липидом и сигнальной молекулой. Аномальный метаболизм сфингозина наблюдается при ряде заболеваний, включая рак, диабет и болезнь Альцгеймера. Несмотря на его биологическую важность, инструментов для обнаружения сфингозина в живых клетках не хватает. Вероятно, это связано с более широкой задачей разработки высокоселективных и совместимых с живыми клетками аффинных зондов для гидрофобных видов липидов. В этой работе мы разработали низкомолекулярный флуоресцентный зонд включения для мечения сфингозина в живых клетках. Мы демонстрируем, что этот зонд проявляет дозозависимый ответ на сфингозин и способен обнаруживать эндогенные пулы сфингозина. Используя наш зонд, мы успешно обнаружили накопление сфингозина в клетках пациентов с типом Ниманна-Пика C1 (NPC1), нарушением транспорта липидов, при котором повышенное содержание сфингозина опосредует прогрессирование заболевания. Эта работа обеспечивает простой и доступный метод обнаружения сфингозина и должна облегчить изучение этого критического сигнального липида в биологии и болезнях.

Тодорич Дж., Ди Каро Г., Рейбе С., Хенстридж Д.С., Грин Ч.Р., Врбанац А., Четечи Ф., Конч К., Макналти Р., Шалапур С., Танигучи , К., Мейкле, П.Дж., Уотроус, Дж.Д., Моранчел, Р., Наджхаван, М., Джайн, М., Лю, X., Киселева, Т., Диас-Меко, М.Т., Москат, Дж., Найт, Р., Гретен, ФР, Лау, ЛФ, Металло, см, Феббрайо, М.А., Карин, М. Стимулируемому фруктозой липогенезу de novo способствует воспаление. (2020) Нат Метаб. 2(10):1034-1045. DOI: 10.1038/s42255-020-0261-2

+ развернуть аннотацию

Доброкачественный гепатостеатоз, связанный с поглощением липидов, липогенезом de novo и окислением жирных кислот (ЖК), прогрессирует в неалкогольный стеатогепатит (НАСГ) при стрессе и воспалении. Ключевым макронутриентом, который, как предполагается, увеличивает гепатостеатоз и риск НАСГ, является фруктоза. Чрезмерное потребление фруктозы вызывает ухудшение кишечного барьера и эндотоксемию. Однако то, как фруктоза вызывает эти изменения и их роль в патогенезе гепатостеатоза и НАСГ, остается неизвестным. Здесь мы показываем на мышах, что микробиотные агонисты Toll-подобных рецепторов (TLR) способствуют гепатостеатозу, не влияя на фруктозо-1-фосфат (F1P) и цитозольный ацетил-КоА. Активация регенеративной слизистой оболочки передачи сигналов gp130, введение YAP-индуцированного матрицеллюлярного белка CCN1 или экспрессия противомикробного пептида Reg3b (бета) пептида противодействуют индуцированному фруктозой ухудшению барьера, которое зависит от стресса эндоплазматического ретикулума и последующей эндотоксемии. Эндотоксин взаимодействует с TLR4, чтобы вызвать продукцию TNF макрофагами печени, тем самым индуцируя липогенные ферменты, которые превращают F1P и ацетил-КоА в жирные кислоты как в гепатоцитах мыши, так и человека.

Мутусами Т., Кордес Т., Хандзлик М.К., Ю Л., Лим Э.В., Генгатаран Дж., Пинто А.Ф.М., Бадур М.Г., Колар М.Дж., Уоллес М., Сагателян А., Металло, см Ограничение серина изменяет разнообразие сфинголипидов, чтобы сдерживать рост опухоли. (2020) Природа. 586(7831):790-795. DOI: 10.1038/s41586-020-2609-x

+ развернуть аннотацию

Серин, глицин и другие незаменимые аминокислоты имеют решающее значение для прогрессирования опухоли, и стратегии по ограничению их доступности появляются в качестве потенциальных методов лечения рака. Однако молекулярные механизмы, управляющие этой реакцией, остаются неясными, а влияние на метаболизм липидов относительно не изучено. Серинпальмитоилтрансфераза (SPT) катализирует биосинтез de novo сфинголипидов, но также производит неканонические 1-дезоксисфинголипиды при использовании аланина в качестве субстрата. Деоксисфинголипиды накапливаются в контексте мутаций в SPTLC1 или SPTLC2 или в условиях низкой доступности серина, вызывая невропатию, а дезоксисфинганин ранее исследовался как противораковое средство. Здесь мы используем метаболизм аминокислот и неразборчивость КПТ для модуляции эндогенного синтеза токсичных дезоксисфинголипидов и замедления прогрессирования опухоли. Независимый от якоря рост перепрограммирует метаболическую сеть, включающую серин, аланин и пируват, которая управляет эндогенным синтезом и накоплением дезоксисфинголипидов. Нацеливание на митохондриальный переносчик пирувата способствует окислению аланина, чтобы уменьшить синтез дезоксисфинголипидов и улучшить рост сфероидов, аналогично фенотипам, наблюдаемым при прямом ингибировании синтеза SPT или церамидов. Ограничение диетического серина и глицина сильно индуцирует накопление дезоксисфинголипидов, уменьшая рост опухоли в моделях ксенотрансплантата у мышей. Фармакологическое ингибирование SPT восстанавливает рост ксенотрансплантата у мышей, получающих диету с ограниченным содержанием серина и глицина, а снижение циркулирующего серина путем ингибирования фосфоглицератдегидрогеназы (PHGDH) приводит к накоплению дезоксисфинголипидов и смягчает рост опухоли. Таким образом, неразборчивость SPT связывает метаболизм серина и митохондриального аланина с разнообразием мембранных липидов, что дополнительно повышает чувствительность опухолей к метаболическому стрессу.

Хенке, К., Тёлльнер, К., ван Дейк, Р.М., Мильянович, Н., Кордес, Т., Твеле, Ф., Броэр, С., Зизак, В., Роде, М., Хаук, С.М., Фогель , C., Welzel, L., Schumann, T., Willmes, DM, Kurzbach, A., El-Agroudy, NN, Bornstein, SR, Schneider, SA, Jordan, J., Potschka, H., Металло, см, Келинг Р., Биркенфельд А.Л., Лешер В. Нарушение натрий-зависимого переносчика цитрата SLC13A5 у мышей вызывает изменения уровня цитрата в головном мозге и возбудимости нейронной сети в гиппокампе. (2020) Neurobiol Dis. 143:105018. DOI: 10.1016/j.nbd.2020.105018

+ развернуть аннотацию

В дополнение к тканям, таким как печень, натрий-зависимый транспортер цитрата плазматической мембраны, NaCT (SLC13A5), в высокой степени экспрессируется в нейронах головного мозга, но его функция не понятна. Мутации потери функции в гене SLC13A5 человека связаны с тяжелой неонатальной энцефалопатией и фармакорезистентными судорогами. Молекулярные механизмы этих неврологических изменений не ясны. Мы провели подробное исследование мышиной модели с делецией Slc13a5, включая видео-ЭЭГ-мониторинг, поведенческие тесты, а также электрофизиологический, протеомный и метаболический анализы головного мозга и спинномозговой жидкости. Эксперименты выявили повышенную склонность к эпилептическим припадкам, проэпилептогенные изменения возбудимости нейронов в гиппокампе и значительные цитратные изменения в ЦСЖ и мозговой ткани мышей с дефицитом Slc13a5, которые могут лежать в основе неврологических нарушений. Эти данные демонстрируют, что SLC13A5 участвует в регуляции цитрата в головном мозге, и предполагают, что нарушения в этой регуляции могут вызывать судороги. Настоящее исследование является первым, в котором (i) установлена модель мышей с нокаутом Slc13a5 в качестве полезного инструмента для изучения нейронных функций NaCT и характеристики молекулярных механизмов, с помощью которых функциональный дефицит этого переносчика цитрата вызывает эпилепсию и нарушает функцию нейронов; (ii) оценить все гипотезы, которые ранее были предложены на теоретических основаниях для объяснения неврологического фенотипа мутаций SLC13A5; и (iii) указывают на то, что изменения уровня цитрата в головном мозге приводят к возбудимости нейронной сети и повышенной предрасположенности к судорогам.

Гальо Д., Бонаноми М., Валторта С., Бхарат Р., Рипамонти М., Конте Ф., Фискон Г., Риги Н., Наподано Э., Папа Ф., Ракканьи И., Паркер С.Дж., Чифола И., Камбони Т., Пачи П., Коланджело А.М., Ванони М., Металло, см, Мореско, Р.М., Альбергина, Л. Нарушение окислительно-восстановительного гомеостаза для комбинаторной эффективности лекарств в опухолях, выявленное с помощью профилирования метаболической связи. (2020) Рак метаб. 8:22. DOI: 10.1186/s40170-020-00227-4

Кудо Ю., Сугимото М., Ариас Э., Касасима Х., Кордес Т., Линарес Дж. Ф., Дюран А., Наканиши Ю., Наканиши Н., Л'Эрмитт А. , Кампос А., Сенни Н., Руслид Т., Робертс Л.Р., Куэрво А.М., Металло, см, Карин М., Диас-Меко М.Т., Москат Дж. Потеря PKCλ/ι вызывает аутофагию, окислительное фосфорилирование и NRF2, что способствует прогрессированию рака печени. (2020) Раковая клетка. 38(2):247-262.e11. DOI: 10.1016/j.ccell.2020.05.018

+ развернуть аннотацию

Фейен, Д.А.М., Маккитан, В.Л., Брюнель, А.А.Н., Спиринг, С., Хёрманн, Л., Ульмер, Б., Чжан, Х., Бриганти, Ф., Швейцер, М., Хеги, Б., Ляо, З. ., Пёлёнен, Р.П., Гинзбург, К.С., Лам, К.К., Серрано, Р., Уолквист, К., Креймерман, А., Ву, М., Аматья, П.Л., Беренс, К.С., Ранжбарвазири, С., Маас, RGC , Гринхо М., Бернштейн Д., Ву Дж. К., Берс Д. М., Эшенхаген Т., Металло, см, Меркола, М. Среда для метаболического созревания улучшает физиологическую функцию кардиомиоцитов, полученных из иПСК человека. (2020) Сотовые отчеты 32(3):107925. DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107925

+ развернуть аннотацию

Индуцированные плюрипотентные кардиомиоциты, полученные из стволовых клеток (ИПСК-КМ), обладают огромным потенциалом для изучения заболеваний сердца человека. Однако их физиологическая незрелость серьезно ограничивает их полезность в качестве модельной системы и их применение для разработки лекарств. Здесь мы описываем среды для созревания, предназначенные для обеспечения окислительных субстратов, адаптированных к метаболическим потребностям иПСК человека (hiPSC)-CM. По сравнению с традиционно культивируемыми hiPSC-CMs, метаболически созревшие hiPSC-CMs сокращаются с большей силой и демонстрируют повышенную зависимость от сердечных натриевых (Na) каналов и цикла кальция (Ca) саркоплазматического ретикулума. Среда улучшает функцию, долговременную выживаемость и структуру саркомеров в искусственных тканях сердца. Использование сред созревания позволило надежно смоделировать два генетических заболевания сердца: синдром удлиненного интервала QT 3 типа, обусловленный мутацией в натриевом канале сердца SCN5A, и дилатационную кардиомиопатию, обусловленную мутацией фактора сплайсинга РНК RBM20. Среда созревания должна повысить точность hiPSC-CMs в качестве моделей заболеваний.

Кумар А., Митченер Дж., Кинг З.А., Металло, см Escher-Trace: веб-приложение для визуализации данных отслеживания стабильных изотопов на основе путей. (2020) Биоинформатика BMC. 21(1):297. DOI: 10.1186/s12859-020-03632-0

+ развернуть аннотацию

Воан М.Э., Уоллес М., Хандзлик М.К., Чан А.Б., Металло, см, Ламия, К.А. Криптохромы подавляют HIF1α в мышцах. (2020) iНаука. 23(7):101338. DOI: 10.1016/j.isci.2020.101338

+ развернуть аннотацию

Мышцы преимущественно используют гликолитический или окислительный метаболизм в зависимости от интенсивности физической нагрузки. Транскрипты, необходимые для углеводного и липидного метаболизма, подвергаются циркадным колебаниям экспрессии в мышцах, и как способность к физической нагрузке, так и метаболический ответ на физическую нагрузку зависят от времени суток. Циркадные репрессоры CRY1 и CRY2 подавляют дельта-рецептор, активируемый пролифератором пероксисом (PPARδ), основной фактор окислительного метаболизма и выносливости к физической нагрузке. У мышей с дефицитом CRY наблюдается повышенная активация PPARδ и более высокая максимальная скорость при беге на беговой дорожке, но не увеличивается выносливость при физической нагрузке. Здесь мы демонстрируем, что CRY ограничивают транскрипцию, чувствительную к гипоксии, посредством репрессии гетеродимеров HIF1α-BMAL1. Кроме того, CRY2 оказался более эффективным, чем CRY1, в снижении стационарных уровней белка HIF1α в первичных мышечных трубках и четырехглавых мышцах in vivo. Наконец, CRY-дефицитные мышечные трубки демонстрируют метаболические изменения, соответствующие криптохром-зависимому подавлению HIF1α, что, вероятно, способствует циркадной модуляции мышечного метаболизма.

Хонг, С., Дешомфай, Э., Грин, Ч.Р., Лал, Р., Мерфи, А.Н., Металло, см, Чен, Р. Субнановаттная микрожидкостная одноклеточная калориметрия. (2020) Природа связи. 11(1):2982. DOI: 10.1038/s41467-020-16697-5

+ развернуть аннотацию

Неинвазивная калориметрия без меток может стать прорывным методом изучения метаболической выработки тепла отдельными клетками без изменения поведения клеток, но в настоящее время она ограничена недостаточной чувствительностью. Здесь мы демонстрируем микрожидкостную одноклеточную калориметрию с чувствительностью 0.2 нВт, что представляет собой более чем десятикратное улучшение по сравнению с предыдущим рекордом, что обеспечивается за счет (i) малошумящей термометрической платформы со сверхнизкой долговременной (10-часовой) температурой. шум (80 мкК) и (ii) микрожидкостная конструкция канала в вакууме, обеспечивающая поток клеток и доставку питательных веществ при сохранении низкой теплопроводности 2.5 мкВт·К. На примере Tetrahymena thermophila мы демонстрируем встроенную калориметрию отдельных клеток. измерение с интенсивностью метаболического тепла в диапазоне от 1 до 4 нВт, которая, как обнаружено, хорошо коррелирует с размером клетки. Наконец, мы осуществляем мониторинг стимуляции скорости метаболизма в режиме реального времени, вводя в микроканал митохондриальный разобщающий агент, что позволяет определить запасную дыхательную способность клеток.

Лю Х., Ольшевски К., Чжан Ю., Лим Э.В., Ши Дж., Чжан Х., Чжан Дж., Ли Х., Коппула П., Лей Г., Чжуан , Л., Ю, М.Дж., Фанг, Б., Ли, В., Металло, см, Поюровский М.В., Ган Б. Цистиновый транспортер, регулирующий зависимость пентозофосфатного пути и дисульфидный стресс, выявляет целевую метаболическую уязвимость при раке. (2020) Природа клеточной биологии. 22(4):476-486. DOI: 10.1038/s41556-020-0496-x

+ развернуть аннотацию

Опосредованное SLC7A11 поглощение цистина имеет решающее значение для поддержания окислительно-восстановительного баланса и выживания клеток. Здесь мы показываем, что это дорого обходится раковым клеткам с высоким уровнем SLC7A11. Активный импорт цистина потенциально токсичен из-за его низкой растворимости, заставляя раковые клетки с высоким уровнем SLC7A11 (SLC7A11) конститутивно восстанавливать цистин до более растворимого цистеина. Это приводит к значительному истощению клеточного пула НАДФН и делает такие клетки зависимыми от пентозофосфатного пути. Ограничение поступления глюкозы в раковые клетки SLC7A11 приводит к заметному накоплению внутриклеточного цистина, коллапсу окислительно-восстановительной системы и быстрой гибели клеток, которую можно устранить с помощью лечения, предотвращающего накопление дисульфидов. Далее мы показываем, что ингибиторы переносчиков глюкозы избирательно убивают раковые клетки SLC7A11 и подавляют рост опухоли SLC7A11. Наши результаты идентифицируют связь между метаболизмом цистина, связанным с SLC7A11, и пентозофосфатным путем, а также раскрывают сопутствующую метаболическую уязвимость для терапевтического нацеливания при раке SLC7A11.

Кордес Т., Лукас А., Дивакаруни А.С., Мерфи А.Н., Кабралес П., Металло, см Итаконат модулирует метаболизм трикарбоновых кислот и окислительно-восстановительный потенциал для смягчения реперфузионного повреждения. (2020) Молекулярный метаболизм. 32:122-135. DOI: 10.1016/j.molmet.2019.11.019

+ развернуть аннотацию

Кордес, Т., Металло, см Статины ограничивают синтез коэнзима Q и метаболически усиливают ингибирование MEK при опухолях поджелудочной железы. (2020) Исследования рака. 80(2):151-152. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-19-3415

+ развернуть аннотацию

Лим, EW, Паркер, SJ, Металло, см Отслеживание дейтерия для изучения метаболизма NAD(P)H в культивируемых клетках млекопитающих. (2020) Методы молекулярной биологии. 2088:51-71. DOI: 10.1007/978-1-0716-0159-4_4

+ развернуть аннотацию

Окислительно-восстановительные (окислительно-восстановительные) реакции широко распространены в биологии и обычно происходят в определенных субклеточных компартментах. В клетках переносу электронов между молекулами и органеллами обычно способствуют пиридиновые нуклеотиды, такие как никотинамидадениндинуклеотидфосфат (NADPH) и никотинамидадениндинуклеотид (NADH). Хотя эти метаболические реакции часто воспринимаются как должное, они критически важны для поддержания окислительно-восстановительного гомеостаза и биохимических потенциалов через мембраны. В то время как отслеживание C и анализ метаболических потоков (MFA) стали мощными инструментами для изучения внутриклеточного метаболизма, этот подход ограничен при применении к путям, катализируемым в нескольких клеточных компартментах. Чтобы решить эту проблему, мы и другие исследователи применили индикаторы H (дейтерий) для наблюдения за переносом меченых анионов гидрида, который сопровождает перенос электрона. Кроме того, мы разработали репортерную систему для косвенной количественной оценки обогащения NADPH в определенных субклеточных компартментах. Здесь мы приводим подробное описание приложений отслеживания H и исследования митохондриального и цитозольного метаболизма NAD(P)H в культивируемых клетках млекопитающих. В частности, мы описываем создание репортерных клеточных линий, которые экспрессируют помеченный эпитопом R132H-IDH1 или R172K-IDH2 и продуцируют (D) 2-гидроксиглутарат зависимым от доксициклина образом. Эти инструменты и методы позволяют количественно оценить снижение эквивалентных скоростей оборота, направленность путей, присутствующих в нескольких компартментах, и оценить вклад путей в пулы НАДФН.

Гао С., Чжао Л., Лю С., Ли Ю., Ся С., Чен Д., Ван М., Ву С., Дай К., Ву Х., Захариас Л., ДеБерардинис Р., Лим Э., Металло, С., Боггон, Т.Дж., Лониал, С., Лин, Р., Мао, Х., Пан, Ю., Шан, К., Чен, Дж. γ-6-фосфоглюконолактон, побочный продукт окислительного пентозофосфатного пути, способствует активации AMPK посредством ингибирования PP2A. (2019) Молекулярная клетка. 76(6):857-871.e9. DOI: 10.1016/j.molcel.2019.09.007

+ развернуть аннотацию

Окислительный пентозофосфатный путь (оксиППФ) способствует клеточному метаболизму не только за счет продукции метаболических промежуточных продуктов и восстановительного НАДФН, но также за счет ингибирования передачи сигналов LKB1-AMPK рибулозо-5-фосфатом (Ru-5-P), продуктом третьего фермент оксиРРР 6-фосфоглюконатдегидрогеназа (6ПГД). Однако мы обнаружили, что нокдаун глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (G6PD), первого фермента оксиPPP, не влиял на активацию AMPK, несмотря на снижение Ru-5-P и последующую активацию LKB1 из-за повышенной активности PP2A, предшествующей фосфатазы АМПК. Напротив, нокдаун 6PGD или 6-фосфоглюконолактоназы (PGLS), второго фермента оксиPPP, снижал активность PP2A. Механически нокдаун G6PD или PGLS снижал или повышал уровень 6-фосфоглюконолактона, соответственно, что усиливало ингибирующее фосфорилирование PP2A с помощью Src. Более того, γ-6-фосфоглюконолактон, побочный продукт оксиPPP с неизвестной функцией, образующийся в результате внутримолекулярной перегруппировки δ-6-фосфоглюконолактона, единственного субстрата PGLS, связывается с Src и усиливает рекрутирование PP2A. Вместе oxiPPP регулирует гомеостаз AMPK, уравновешивая противоположные LKB1 и PP2A.

Гантнер, М.Л., Ид, К., Уоллес, М., Хандзлик, М.К., Фэллон, Р., Тромбли, Дж., Бонелли, Р., Джайлз, С., Харкинс-Перри, С., Хирен, ТФК, Зауэр , Л., Идегути, Ю., Бальдини, М., Шеппке, Л., Доррелл, М.И., Китано, М., Харт, Б.Дж., Кай, К., Нагасаки, Т., Бадур, М.Г., Окада, М. , Вудс С.М., Иган К., Гиллис М., Гаймер Р., Эйхлер Ф., Бахло М., Фруттигер М., Алликметс Р., Бернштейн П.С., Металло, см, Фридлендер, М. Метаболизм серина и липидов при заболеваниях желтого пятна и периферической нейропатии. (2019) Журнал Новой Англии медицины. 381(15):1422-1433. DOI: 10.1056/NEJMoa1815111

+ развернуть аннотацию

Юнг, С.М., Хунг, К.М., Хильдебранд, С.Р., Санчес-Гурмачес, Дж., Мартинес-Пастор, Б., Генгатаран, Дж.М., Уоллес, М., Мухопадхьяй, Д., Мартинес Калейман, К., Лучано, А.К., Сяо В.Ю., Тан Ю., Ли Х., Дэниелс Д.Л., Мостославский Р., Металло, см, Гертин, Д.А. Неканоническая передача сигналов mTORC2 регулирует катаболизм липидов бурого адипоцита через SIRT6-FoxO1. (2019) Молекулярная клетка. 75(4):807-822.e8. DOI: 10.1016/j.molcel.2019.07.023

+ развернуть аннотацию

Раммс, Б., Патель, С., Нора, К., Пессентейнер, А.Р., Чанг, М.В., Грин, Ч.Р., Голден, Г.Дж., Секрест, П., Краусс, Р.М., Металло, см, Беннер, К., Александр, В.Дж., Витцтум, Дж.Л., Цимикас, С., Эско, Дж.Д., Гордтс, ПЛСМ ApoC-III ASO способствует активности LPL в тканях в отсутствие опосредованного апоЕ клиренса TRL. (2019) Журнал исследований липидов. 60(8):1379-1395. DOI: 10.1194/jlr.M093740

+ развернуть аннотацию

Гипертриглицеридемия возникает в результате накопления в кровотоке богатых триглицеридами (ТГ) липопротеинов (ТРЛ) и связана с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний. ApoC-III представляет собой аполипопротеин на TRL и видный негативный регулятор катаболизма TG. Недавно мы установили, что in vivo апоС-III преимущественно ингибирует печеночный клиренс TRL, опосредованный рецептором ЛПНП и белком 1, связанным с рецептором ЛПНП, и что TRL, обогащенные апоС-III, преимущественно выводятся с помощью синдекана-1 (SDC1). В этом исследовании мы определили влияние ароЕ, общего лиганда для всех трех рецепторов, на метаболизм апоС-III с помощью лечения антисмысловыми олигонуклеотидами апоС-III (ASO) у мышей, у которых отсутствует апоЕ и функциональный SDC1 (XNUMX). Обработка ApoC-III ASO значительно снижала уровни ТГ в плазме у мышей без снижения продукции ЛПОНП в печени или улучшения печеночного клиренса TRL. Дальнейший анализ показал, что обработка АСО апоС-III снижала уровень ТГ в плазме у мышей, что было связано с повышением активности ЛПЛ в белой жировой ткани в состоянии сытости. Наконец, клинические данные подтвердили, что ASO-опосредованное снижение APOC-III с помощью воланесорсена может снижать уровни TG в плазме независимо от генотипа изоформы APOE. Наши данные показывают, что апоЕ определяет метаболическое воздействие апоС-III, поскольку мы установили, что ароЕ необходим для ингибирования клиренса TRL с помощью апоС-III и что в отсутствие функционального апоЕ апоС-III ингибирует тканевую активность LPL.

Велес Д.О., Ранамухаараччи С.К., Кумар А., Моди Р.Н., Лим Э.В., Энглер А.Дж., Металло, см, Фрейли, SI Трехмерная структура коллагена регулирует адгезию клеток за счет способности к деградации, тем самым контролируя метаболический и окислительный стресс. (2019) Интегр Биол (Кэмб). 11(5):221-234. DOI: 10.1093/intbio/zyz019

+ развернуть аннотацию

Богатое коллагеном микроокружение опухоли играет решающую роль в управлении миграционным поведением раковых клеток. Было показано, что трехмерная коллагеновая архитектура с небольшими порами ограничивает клетки и вызывает агрессивную коллективную миграцию независимо от жесткости и плотности матрикса. Однако остается неясным, как клетки ощущают архитектуру коллагена и передают эту информацию, чтобы инициировать коллективную миграцию. Здесь мы настраиваем архитектуру коллагена и анализируем ее влияние на четыре основных взаимодействия клеток и ВКМ: полимеризацию цитоскелета, адгезию, сократимость и деградацию матрикса. Из этого всестороннего анализа мы пришли к выводу, что архитектура матрицы изначально модулирует силу адгезии раковых клеток и что это является результатом изменений, вызванных архитектурой, в способности матрицы к деградации. То есть структуры с более мелкими порами менее подвержены деградации, а способность к деградации необходима для адгезии раковых клеток к трехмерному волокнистому коллагену. Биохимические последствия этого трехмерного состояния низкой привязанности аналогичны последствиям, вызванным суспензионной культурой, включая метаболический и окислительный стресс. Одним из отличий от суспензионной культуры является индукция катаболизма коллагена, который происходит в условиях 3D с низким уровнем прикрепления. Клетки также усиливают передачу сигналов Snail3 и Notch в ответ на низкое 3D-прикрепление, что указывает на механизм возникновения коллективного поведения.

Рейна-Кампос, М., Линарес, Дж. Ф., Дюран, А., Кордес, Т., Л'Эрмитт, А., Бадур, М. Г., Бхангу, М. С., Торсон, П. К., Ричардс, А., Руслид, Т., Гарсия-Олмо, Д.С., Нам-Ча, С.Ю., Салинас-Санчес, А.С., Энг, К., Белтран, Х., Скотт, Д.А., Металло, см, Москат, Дж., Диас-Меко, МТ Повышенный метаболизм серина и одноуглеродного пути при дефиците PKCλ/ι способствует нейроэндокринному раку простаты. (2019) Раковая клетка. 35(3):385-400.e9. DOI: 10.1016/j.ccell.2019.01.018

+ развернуть аннотацию

Гарсия Д., Хеллберг К., Чайкс А., Уоллес М., Херциг С., Бадур М.Г., Лин Т., Шохирев М.Н., Пинто А.Ф.М., Росс Д.С., Сагателян А. , Панда С., Доу Л.Е., Металло, см, Шоу, Р.Дж. Генетическая активация AMPK, специфичная для печени, защищает от ожирения, вызванного диетой, и НАЖБП. (2019) Сотовые отчеты 26(1):192-208.e6. DOI: 10.1016/j.celrep.2018.12.036

+ развернуть аннотацию

АМФ-активируемая протеинкиназа (АМРК) является высококонсервативным главным регулятором метаболизма, активация которого считается терапевтически полезной для лечения нескольких метаболических заболеваний, включая неалкогольную жировую болезнь печени (НАЖБП). НАЖБП, характеризующаяся избыточным накоплением липидов в печени, является наиболее распространенным хроническим заболеванием печени и основным фактором риска развития неалкогольного стеатогепатита, диабета 2 типа и других метаболических состояний. Чтобы оценить терапевтический потенциал активации AMPK, мы создали генетически сконструированную модель мыши, названную iAMPK, где AMPK может быть индуцибельно активирована in vivo у мышей в пространственно и временно ограниченном порядке. Используя эту модель, мы показываем, что специфичная для печени активация AMPK перепрограммирует метаболизм липидов, уменьшает стеатоз печени, уменьшает экспрессию генов воспаления и фиброза и приводит к значительным терапевтическим преимуществам в контексте ожирения, вызванного диетой. Эти данные подтверждают, что AMPK является мишенью для профилактики и лечения НАЖБП.

Кордес, Т., Металло, см Количественная оценка промежуточного метаболизма и липогенеза в культивируемых клетках млекопитающих с использованием отслеживания стабильных изотопов и масс-спектрометрии. (2019) Методы молекулярной биологии. 1978:219-241. DOI: 10.1007/978-1-4939-9236-2_14

+ развернуть аннотацию

Метаболизм играет центральную роль практически во всех заболеваниях, включая диабет, рак и нейродегенерацию. Детальный анализ необходим для выявления конкретных метаболических путей, нарушенных в связи с данным заболеванием или биологическим нарушением. Измерение концентраций метаболитов может дать некоторое представление об активности измененных путей или функции ферментов, но поскольку большинство биохимических веществ метаболизируются различными ферментами в разных путях внутри клеток и тканей, эти подходы несколько ограничены. Применяя метаболические индикаторы к биологической системе, можно визуализировать информацию о конкретном пути в зависимости от используемого индикатора и измеренных аналитов. С этой целью индикаторы стабильных изотопов и масс-спектрометрия становятся важными инструментами для изучения метаболических путей и потоков в культивируемых клетках млекопитающих и других системах. Здесь мы описываем подробный рабочий процесс для количественной оценки метаболических процессов в культурах клеток млекопитающих с использованием стабильных изотопов и газовой хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией (ГХ-МС). В качестве тематического исследования мы применяем глюкозу и глутамин, меченные изотопом C, к линии раковых клеток, чтобы количественно оценить использование субстрата для метаболизма TCA и липогенеза. Также предоставляются рекомендации по интерпретации данных и рекомендации по применению к другим сотовым системам. В конечном счете, этот подход обеспечивает надежный и точный метод количественного определения мечения стабильных изотопов в пулах метаболитов, который можно применять к различным биологическим системам.

Уортэм, М., Бентуисен, Дж.Р., Уоллес, М., Савас, Дж.Н., Мулас, Ф., Дивакаруни, А.С., Лю, Ф., Альберт, В., Тейлор, Б.Л., Суи, Ю., Саез, Э. , Мерфи А.Н., Йейтс Дж.Р., Металло, см, Сандер, М. Интегрированная количественная протеомика in vivo и отслеживание питательных веществ выявляют возрастную метаболическую перестройку функции β-клеток поджелудочной железы. (2018) Сотовые отчеты 25(10):2904-2918.e8. DOI: 10.1016/j.celrep.2018.11.031

+ развернуть аннотацию

Физиология β-клеток поджелудочной железы существенно меняется в течение жизни, однако механизмы, управляющие этими изменениями, плохо изучены. Здесь мы провели комплексное количественное протеомное профилирование in vivo островков поджелудочной железы у несовершеннолетних и однолетних мышей. Анализ выявил разительные различия в количестве ферментов, контролирующих метаболизм глюкозы. Мы показываем, что эти изменения в содержании белка связаны с более высокой активностью ферментов метаболизма глюкозы, участвующих в образовании фактора связывания, а также с повышенной активностью зависящего от фактора связывания усиливающего пути секреции инсулина. Отслеживание питательных веществ и целевая метаболомика продемонстрировали ускоренное накопление метаболитов, полученных из глюкозы, и факторов связывания в островках однолетних мышей, что указывает на то, что возрастные изменения в метаболизме глюкозы способствуют улучшению секреции инсулина, стимулируемой глюкозой, с возрастом. Вместе наше исследование обеспечивает углубленную характеристику возрастных изменений в протеоме островков и устанавливает метаболическую перестройку как важный механизм возрастных изменений в функции β-клеток.

Бадур, М.Г., Мутусами, Т., Паркер, С.Дж., Ма, С., Макбрайер, С.К., Кордес, Т., Магана, Дж.Х., Гуан, К.Л., Металло, см Онкогенные мутации R132 IDH1 ограничивают НАДФН для липогенеза De Novo посредством продукции (D) 2-гидроксиглутарата в клетках фибросаркомы. (2018) Сотовые отчеты 25(6):1680. DOI: 10.1016/j.celrep.2018.10.099

Уоллес, М., Грин, Ч.Р., Робертс, Л.С., Ли, Ю.М., Маккарвилл, Дж.Л., Санчес-Гурмачес, Дж., Мерс, Н., Генгатаран, Дж.М., Ховер, Дж.Д., Филлипс, С.А., Чиаральди, Т.П., Гертин , Д.А., Кабралес, П., Эйрес, Дж.С., Номура, Д.К., Лумба, Р., Металло, см Неразборчивость ферментов стимулирует синтез жирных кислот с разветвленной цепью в жировых тканях. (2018) Химическая биология природы. 14(11):1021-1031. DOI: 10.1038/s41589-018-0132-2

+ развернуть аннотацию

Синтаза жирных кислот (FASN) преимущественно генерирует жирные кислоты с прямой цепью, используя ацетил-КоА в качестве инициирующего субстрата. Тем не менее, монометиловые жирные кислоты с разветвленной цепью (mmBCFAs) также присутствуют у млекопитающих, но считается, что они в основном поступают с пищей. Здесь мы демонстрируем, что mmBCFAs синтезируются de novo посредством митохондриального катаболизма BCAA, экспортируются в цитозоль за счет специфичной для жира экспрессии карнитинацетилтрансферазы (CrAT) и удлиняются с помощью FASN. Бурый жир демонстрирует самые высокие потоки катаболизма BCAA и синтеза mmBCFA, тогда как эти липиды практически отсутствуют в печени и головном мозге. Синтез mmBCFA также поддерживается в отсутствие микробиоты. Мы идентифицируем гипоксию как мощный супрессор катаболизма BCAA, который снижает синтез mmBCFAs в жировой ткани с ожирением, так что mmBCFAs значительно снижается у тучных животных. Эти результаты идентифицируют синтез mmBCFA жировой тканью как новую связь между метаболизмом BCAA и липогенезом, подчеркивая роль неразборчивости CrAT и FASN, влияющих на разнообразие ацильных цепей в липидоме.

+ развернуть аннотацию

Неоморфные мутации в NADP-зависимых изоцитратдегидрогеназах (IDH1 и IDH2) способствуют онкогенезу при некоторых видах рака. Хотя значительные исследования были сосредоточены на фенотипах гиперметилирования, связанных с накоплением (D) 2-гидроксиглутарата (D2HG), метаболические последствия этих мутаций также могут предоставлять терапевтические возможности. Здесь мы применяем подходы на основе потока к генетически сконструированным клеточным линиям с эндогенной мутацией IDH1, чтобы изучить метаболические последствия увеличения продукции D2HG и измененного потока IDH в зависимости от мутации или экспрессии IDH1. Синтез D2HG в IDH1-мутантных клетках потребляет NADPH со скоростью, аналогичной липогенезу de novo. IDH1-мутантные клетки проявляют повышенную зависимость от экзогенных источников липидов для роста in vitro, поскольку удаление липидов среды более резко замедляет рост в IDH1-мутантных клетках по сравнению с клетками, экспрессирующими аллели дикого типа или ферментативно неактивные. Регенерация NADPH может ограничивать липогенез и потенциально окислительно-восстановительный гомеостаз в IDH1-мутантных клетках, подчеркивая критические связи между клеточным биосинтезом и окислительно-восстановительным метаболизмом.

McBrayer, SK, Mayers, JR, DiNatale, GJ, Shi, DD, Khanal, J., Chakraborty, AA, Sarosiek, KA, Briggs, KJ, Robbins, AK, Sewastianik, T., Shareef, SJ, Olenchock, BA, Паркер, С.Дж., Татейши, К., Спинелли, Д.Б., Ислам, М., Хейгис, М.С., Лупер, Р.Е., Лигон, К.Л., Бернштейн, Б.Е., Карраско, Р.Д., Кэхилл, Д.П., Асара, Д.М., Металло, см, Йеннавар, Н.Х., Вандер Хайден, М.Г., Каэлин, В.Г. Ингибирование трансаминаз 2-гидроксиглутаратом нарушает биосинтез глутамата и окислительно-восстановительный гомеостаз при глиоме. (2018) Cell. 175(1):101-116.e25. DOI: 10.1016/j.cell.2018.08.038

+ развернуть аннотацию

Мутации IDH1 часто встречаются при глиомах низкой степени злокачественности и вторичных глиобластомах и вызывают перепроизводство (R)-2HG. (R)-2HG модулирует активность многих ферментов, в том числе тех, которые связаны с трансформацией, и тех, которые, вероятно, являются сторонними энзимами. Хотя предыдущая работа над мишенями (R)-2HG была сосредоточена на 2OG-зависимых диоксигеназах, мы обнаружили, что (R)-2HG сильно ингибирует 2OG-зависимые трансаминазы BCAT1 и BCAT2, вероятно, как побочный эффект, тем самым снижая уровни глутамата и увеличивая зависимость от глутаминаза для биосинтеза глутамата и одного из его продуктов, глутатиона. Ингибирование глутаминазы специфически повышает чувствительность клеток глиомы с мутацией IDH к окислительному стрессу in vitro и к облучению in vitro и in vivo. Эти результаты подчеркивают взаимодополняющие роли BCAT и глутаминазы в биосинтезе глутамата, объясняют чувствительность мутантных клеток IDH к ингибиторам глутаминазы и предлагают стратегию для максимизации эффективности таких ингибиторов против глиом с мутацией IDH.

Сешнс, АО, Мин, П., Кордес, Т., Вейкерт, Б.Дж., Дивакаруни, А.С., Мерфи, А.Н., Металло, см, Энглер, А.Дж. Сохранение сердечной функции винкулином усиливает окисление глюкозы и продлевает жизнь и здоровье. (2018) АПЛ Биоинж. 2(3). DOI: 10.1063/1.5019592

+ развернуть аннотацию

Несмотря на ограниченную регенеративную способность по мере старения, кардиомиоциты частично сохраняют свою функцию за счет компенсаторных механизмов, например, усиления винкулином интеркалированных дисков в стареющих организмах. Этот механизм, сохранившийся от мух до нечеловеческих приматов, создает более кристаллическую решетку саркомера, которая увеличивает продолжительность жизни, но системные связи между структурой кардиального саркомера и увеличением продолжительности жизни не очевидны. Используя быстро стареющую систему мух, мы обнаружили, что гиперэкспрессия сердечно-специфического винкулина [Vinculin heart-enhanced ()] увеличивает сократительную способность сердца, максимальное сердечное митохондриальное дыхание и приспособленность организма с возрастом. Системный метаболизм также резко меняется с возрастом и возрастом; Концентрации сахара в равновесном состоянии, а также аэробный метаболизм глюкозы увеличиваются и предполагают усиленное использование энергетического субстрата с увеличением сердечной деятельности. Когда сердечный стресс был вызван ингибитором комплекса I ротеноном, сердце продолжало сокращаться, в отличие от контрольной группы. Эта работа устанавливает новую связь между сердечным цитоскелетом и системной утилизацией глюкозы и защищает митохондриальную функцию от внешнего стресса.

Скоробогатько Ю., Драган М., Кордон К., Рейли С.М., Хун К.В., Ся В., Чжао П., Уоллес М., Лэки Д.Э., Чен XW, Осборн О. , Богнер-Штраус, Дж.Г., Теодореску, Д., Металло, см, Олефски, Дж. М., Салтиэль, А. Р. RalA контролирует гомеостаз глюкозы, регулируя поглощение глюкозы бурым жиром. (2018) Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 115(30):7819-7824. DOI: 10.1073/pnas.1801050115

+ развернуть аннотацию

Чжао Д., Бадур М. Г., Любек Дж., Маганья Дж. Х., Бирмингем А., Сасик Р., Ан К. С., Идекер Т., Металло, см, Мали, П. Комбинаторные метаболические экраны CRISPR-Cas9 выявляют критические контрольные точки окислительно-восстановительного потенциала, зависящие от оси регуляции KEAP1-NRF2. (2018) Молекулярная клетка. 69(4):699-708.e7. DOI: 10.1016/j.molcel.2018.01.017

+ развернуть аннотацию

Метаболические пути, способствующие росту опухоли, хорошо охарактеризованы, но специфическое влияние трансформирующих событий на топологию сети и эссенциальность ферментов остается плохо изученным. С этой целью мы провели комбинаторный скрининг CRISPR-Cas9 на наборе из 51 гена углеводного обмена, которые представляют гликолиз и пентозофосфатный путь (PPP). Эта высокопроизводительная методология позволила исследовать на системном уровне незаменимость, взаимодействие и компенсацию метаболических генов в различных типах клеток. Метаболическое влияние специфических комбинаторных нокаутов было подтверждено с помощью отслеживания изотопов C и H, и эти анализы вместе выявили ключевые узлы, контролирующие окислительно-восстановительный гомеостаз вдоль оси передачи сигналов KEAP-NRF2. В частности, нацеливание на KEAP1 в сочетании с окислительными генами PPP смягчало пагубное влияние этих нокаутов на скорость роста. Эти результаты демонстрируют, как наша интегрированная структура, сочетающая генетические, транскриптомные и потоковые измерения, может улучшить выяснение изменений метаболической сети и направлять точное нацеливание на метаболические уязвимости на основе генетики опухоли.

Бадур М.Г., Металло, см Обратное проектирование метаболической сети рака с использованием анализа потоков, чтобы понять причины болезней человека. (2018) Метаб Инж. 45:95-108. DOI: 10.1016/j.ymben.2017.11.013

+ развернуть аннотацию

Метаболическая дисфункция снова стала важным признаком онкогенеза, и метаболические фенотипы все чаще интегрируются в доклинические модели заболевания. Сложность этих метаболических сетей требует исследования на системном уровне, и анализ метаболических потоков (MFA) с отслеживанием стабильных изотопов представляет собой подходящую концептуальную основу для таких систем. Здесь мы рассматриваем усилия по выяснению механизмов, с помощью которых метаболизм влияет на рост и выживаемость опухоли, с акцентом на приложения, использующие отслеживание стабильных изотопов и МФА. С помощью этих подходов исследователи теперь могут количественно оценивать потоки путей в различных контекстах in vitro и in vivo, чтобы получить представление о механизмах на молекулярном и физиологическом уровнях соответственно. Знания и открытия в моделях рака прокладывают путь к применению в других биологических контекстах и моделях заболеваний. В свою очередь, подходы МФА будут во все большей степени способствовать раскрытию новых терапевтических возможностей, улучшающих здоровье человека.

Джин, Л., Чун, Дж., Пан, К., Кумар, А., Чжан, Г., Ха, Ю., Ли, Д., Алези, Г.Н., Канг, Ю., Чжоу, Л., Ю , WM, Magliocca, KR, Khuri, FR, Qu, CK, Металло, С., Овоникоко, ТК, Канг, С. Ось PLAG1-GDH1 способствует резистентности к аноикису и метастазированию опухоли посредством передачи сигналов CamKK2-AMPK при раке легкого с дефицитом LKB1. (2018) Молекулярная клетка. 69(1):87-99.e7. DOI: 10.1016/j.molcel.2017.11.025

+ развернуть аннотацию

Потеря LKB1 связана с повышенным метастазированием и плохим прогнозом при раке легкого, но разработка таргетных агентов находится в зачаточном состоянии. Здесь мы сообщаем, что глутаминолитический фермент, глутаматдегидрогеназа 1 (GDH1), активируется при отделении через ген плеоморфной аденомы 1 (PLAG1), обеспечивает антианокисные и прометастатические сигналы при раке легкого с дефицитом LKB1. Механически, продукт GDH1 α-KG активирует CamKK2, усиливая связывание его субстрата AMPK, что способствует выработке энергии, которая придает устойчивость к anoikis. Влияние GDH1 на AMPK очевидно при раке легкого с дефицитом LKB1, где активация AMPK преимущественно зависит от CamKK2. Нацеливание на GDH1 с помощью R162 ослабляло метастазирование опухоли в модели ксенотрансплантата, полученной от пациента, и корреляционных исследованиях у пациентов с раком легких дополнительно подтвердили клиническую значимость нашего открытия. Наше исследование дает представление о молекулярном механизме, с помощью которого опосредованное GDH1 метаболическое перепрограммирование глутаминолиза опосредует метастазирование рака легких, и предлагает терапевтическую стратегию для пациентов с раком легких с дефицитом LKB1.

Линарес, Дж.Ф., Кордес, Т., Дюран, А., Рейна-Кампос, М., Валенсия, Т., Ан, К.С., Кастилья, Э.А., Москат, Дж., Металло, см, Диас-Меко, Монтана ATF4-индуцированное метаболическое перепрограммирование представляет собой синтетическую уязвимость p62-дефицитной стромы опухоли. (2017) Метаболизм клеток. 26(6):817-829.e6. DOI: 10.1016/j.cmet.2017.09.001

+ развернуть аннотацию

Паркер, С.Дж., Свенссон, Р.У., Дивакаруни, А.С., Лефевр, А.Е., Мерфи, А.Н., Шоу, Р.Дж., Металло, см LKB1 способствует метаболической гибкости в ответ на энергетический стресс. (2017) Метаб Инж. 43 (часть Б): 208-217. DOI: 10.1016/j.ymben.2016.12.010

+ развернуть аннотацию

Супрессор опухоли киназы печени B1 (LKB1) действует как датчик метаболической энергии для регулирования передачи сигналов AMP-активированной протеинкиназы (AMPK) и обычно мутирует при различных видах рака, включая немелкоклеточный рак легкого (NSCLC). Опухолевые клетки с дефицитом LKB1 могут быть уникально сенсибилизированы к метаболическим стрессам, что может предложить терапевтическое окно в онкологии. Чтобы ответить на этот вопрос, мы исследовали, как функциональный LKB1 влияет на метаболизм клеток NSCLC, используя анализ метаболического потока C. Изогенные клетки НМРЛ, экспрессирующие функциональный LKB1, демонстрировали более высокий поток через окислительные митохондриальные пути по сравнению с клетками с дефицитом LKB1. Реэкспрессия LKB1 также увеличивала способность клеток окислять основные митохондриальные субстраты, включая пируват, жирные кислоты и глютамин. Кроме того, экспрессия LKB1 способствует адаптивному ответу на энергетический стресс, вызванный независимым от привязки ростом. Наконец, это снижение адаптивности делает LKB1-дефицитные клетки сенсибилизированными к комбинаторному ингибированию митохондриального комплекса I и глутаминазы. В совокупности наши данные указывают на то, что LKB1 является основным регулятором адаптивного метаболического перепрограммирования, и предлагают синергетические фармакологические стратегии для смягчения роста опухоли НМРЛ с дефицитом LKB1.

Металло, см, Деберардинис, Р.Дж. Инженерные подходы к изучению метаболизма рака. (2017) Метаб Инж. 43 (часть Б): 93. DOI: 10.1016/j.ymben.2017.09.002

Зарей М., Лал С., Паркер С.Дж., Невлер А., Вазири-Гохар А., Дуклеска К., Мамбелли-Лисбоа Н.К., Моффат С., Бланко Ф.Ф., Чанд С.Н., Джимбо, М., Козиторто, Дж. А., Цзян, В., Йео, Си Джей, Лондон, Э. Р., Зайферт, Э. Л., Металло, см, Броди, Дж. Р., Винтер, Дж. М. Посттранскрипционная активация IDH1 с помощью HuR устанавливает мощный фенотип выживания в клетках рака поджелудочной железы. (2017) Исследования рака. 77(16):4460-4471. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-17-0015

+ развернуть аннотацию

Агрессивность рака может быть результатом селективного давления жесткой микросреды, лишенной питательных веществ. Здесь мы иллюстрируем, как такие состояния способствуют резистентности к химиотерапии при аденокарциноме протоков поджелудочной железы (PDAC). Отмена глюкозы или глютамина приводила к 5-10-кратному защитному эффекту химиотерапевтического лечения. Ксенотрансплантаты PDAC были менее чувствительны к гемцитабину у мышей с гипогликемией по сравнению с мышами с гипергликемией. В соответствии с этим наблюдением у пациентов, получавших адъювантную терапию гемцитабином (= 107) с повышенным уровнем глюкозы в сыворотке (HgbA1C > 6.5%), наблюдалось улучшение выживаемости. Мы идентифицировали усиленную антиоксидантную защиту как фактор химиорезистентности в этих условиях. Уровни АФК удваивались либо при отмене питательных веществ, либо при лечении гемцитабином, но лишение клеток PDAC питательных веществ перед лечением гемцитабином ослабляло этот эффект. Механистические исследования, основанные на подходах РНКи или CRISPR, выявили участие РНК-связывающего белка HuR в сохранении выживания при отмене питательных веществ с гемцитабином или без него. Примечательно, что глубокое секвенирование РНК и функциональный анализ в линиях клеток PDAC с дефицитом HuR идентифицировали изоцитратдегидрогеназу 1 (IDH1) как единственный антиоксидантный фермент, регулируемый HuR. Клетки PDAC с дефицитом HuR не обладали способностью успешно приживаться у мышей с ослабленным иммунитетом, но сверхэкспрессии IDH1 в этих клетках было достаточно для полного восстановления химиорезистентности в условиях низкого содержания питательных веществ. В целом, наши результаты подчеркивают, что регуляторная ось HuR-IDH1 является критической и действенной терапевтической целью при раке поджелудочной железы. .

Дивакаруни А.С., Уоллес М., Бурен К., Мартынюк К., Андреев А.Ю., Ли Э., Филдс Дж.А., Кордес Т., Рейнольдс И.Дж., Бладгуд Б.Л., Рэймонд Л.А., Металло, см, Мерфи, А.Н. Ингибирование митохондриального переносчика пирувата защищает от эксайтотоксической гибели нейронов. (2017) Журнал клеточной биологии. 216(4):1091-1105. DOI: 10.1083/jcb.201612067

+ развернуть аннотацию

Глутамат является доминирующим возбуждающим нейротрансмиттером в головном мозге, но в условиях метаболического стресса он может накапливаться до эксайтотоксического уровня. Хотя фармакологическая модуляция рецепторов возбуждающих аминокислот хорошо изучена, минимальное внимание уделялось нацеливанию митохондриального метаболизма глутамата на контроль уровней нейротрансмиттеров. Здесь мы демонстрируем, что химическое ингибирование митохондриального переносчика пирувата (MPC) защищает первичные корковые нейроны от эксайтотоксической гибели. Уменьшение митохондриального поглощения пирувата не ставит под угрозу клеточный энергетический метаболизм, что свидетельствует о метаболической гибкости нейронов. Скорее, ингибирование MPC перестраивает метаболизм митохондриального субстрата, чтобы предпочтительно увеличить зависимость от глутамата для подпитки энергии и анаплероза. Мобилизация нейронального пула глутамата для окисления уменьшает количество глутамата, высвобождаемого при деполяризации, и, в свою очередь, ограничивает каскад положительной обратной связи эксайтотоксического повреждения нейронов. Это открытие связывает митохондриальный метаболизм пирувата с глутаматергической нейротрансмиссией и делает MPC терапевтической мишенью для лечения нейродегенеративных заболеваний, характеризующихся эксайтотоксичностью.

Кордес, Т., Металло, см Отслеживание понимания метаболизма человека с использованием подходов химической инженерии. (2016) Curr Opin Chem Eng. 14:72-81. DOI: 10.1016/j.coche.2016.08.019

+ развернуть аннотацию

Чжао С., Торрес А., Генри Р.А., Трефели С., Уоллес М., Ли Дж.В., Каррер А., Сенгупта А., Кэмпбелл С.Л., Куо Ю.М., Фрей А.Дж., Мерс Н., Виола Дж. М., Блэр И. А., Велджи А. М., Металло, см, Снайдер, Н.В., Эндрюс, А.Дж., Веллен, К.Е. АТФ-цитратлиаза контролирует метаболический переключатель глюкозы на ацетат. (2016) Сотовые отчеты 17(4):1037-1052. DOI: 10.1016/j.celrep.2016.09.069

+ развернуть аннотацию

Механизмы метаболической гибкости позволяют клеткам выживать в стрессовых условиях и могут препятствовать терапевтическим реакциям. Ацетил-кофермент А (КоА) играет центральную роль в производстве энергии, метаболизме липидов и эпигеномных модификациях. Здесь мы показываем, что при генетической делеции Acly, гена, кодирующего АТФ-цитратлиазу (ACLY), клетки остаются жизнеспособными и пролиферируют, хотя и с нарушенной скоростью. В отсутствие ACLY клетки активируют ACSS2 и используют экзогенный ацетат для обеспечения ацетил-КоА для липогенеза de novo (DNL) и ацетилирования гистонов. Физиологический уровень ацетата достаточен для жизнеспособности клеток и обильной продукции ацетил-КоА, хотя уровни ацетилирования гистонов остаются низкими в ACLY-дефицитных клетках, если их не дополнить высокими уровнями ацетата. ACLY-дефицитные адипоциты накапливают липиды in vivo, демонстрируют повышенную продукцию ацетил-КоА и малонил-КоА из ацетата и демонстрируют некоторые различия в содержании и синтезе жирных кислот. В совокупности эти данные указывают на то, что участие метаболизма ацетата является важным, хотя и частичным, механизмом компенсации дефицита ACLY.

Свенссон, Р.У., Паркер, С.Дж., Эйхнер, Л.Дж., Колар, М.Дж., Уоллес, М., Брун, С.Н., Ломбардо, П.С., Ван Ностранд, Дж.Л., Хатчинс, А., Вера, Л., Геркен, Л., Гринвуд Дж., Бхат С., Гарриман Г., Вестлин В.Ф., Харвуд Х.Дж., Сагателян А., Капеллер Р., Металло, см, Шоу, Р.Дж. Ингибирование ацетил-КоА-карбоксилазы подавляет синтез жирных кислот и рост опухоли немелкоклеточного рака легкого в доклинических моделях. (2016) Nature Medicine. 22(10):1108-1119. DOI: 10.1038/nm.4181

+ развернуть аннотацию

Непрерывный синтез жирных кислот de novo является общей чертой рака, который необходим для удовлетворения биосинтетических потребностей растущей опухоли. Этот процесс контролируется ограничивающим скорость ферментом ацетил-КоА-карбоксилазой (ACC), привлекательной, но традиционно не поддающейся лечению мишенью для лекарств. Здесь мы приводим генетические и фармакологические доказательства того, что в доклинических моделях АЦК требуется для поддержания синтеза жирных кислот de novo, необходимого для роста и жизнеспособности клеток немелкоклеточного рака легкого (НМРЛ). Мы описываем способность ND-646 — аллостерического ингибитора ферментов АСС АСС1 и АСС2, который предотвращает димеризацию субъединиц АСС — подавлять синтез жирных кислот in vitro и in vivo. Хроническая обработка ND-646 ксенотрансплантата и генетически модифицированных мышиных моделей НМРЛ ингибировала рост опухоли. При введении в качестве отдельного агента или в сочетании со стандартным лекарственным средством карбоплатином ND-646 заметно подавлял рост опухоли легких в Kras;Trp53 (также известный как KRAS p53) и Kras;Stk11 (также известный как KRAS Lkb1). мышиные модели НМРЛ. Эти данные демонстрируют, что АСС опосредует метаболическую предрасположенность НМРЛ и что ингибирование АСС с помощью ND-646 вредно для роста НМРЛ, что подтверждает дальнейшее изучение использования ингибиторов АСС в онкологии.

Хубер А.Л., Папп С.Дж., Чан А.Б., Хенрикссон Э., Джордан С.Д., Крибс А., Нгуен М., Уоллес М., Ли З., Металло, см, Ламия, К.А. CRY2 и FBXL3 совместно разрушают c-MYC. (2016) Молекулярная клетка. 64(4):774-789. DOI: 10.1016/j.molcel.2016.10.012

+ развернуть аннотацию

Чжан, Х., Бадур, М.Г., Дивакаруни, А.С., Паркер, С.Дж., Ягер, К., Хиллер, К., Мерфи, А.Н., Металло, см Различные метаболические состояния могут поддерживать самообновление и липогенез в плюрипотентных стволовых клетках человека в различных условиях культивирования. (2016) Сотовые отчеты 16(6):1536-1547. DOI: 10.1016/j.celrep.2016.06.102

+ развернуть аннотацию

Недавние исследования показали, что плюрипотентные стволовые клетки человека (hPSCs) в первую очередь зависят от гликолиза и только усиливают окислительный метаболизм во время дифференцировки. Здесь мы демонстрируем, что как гликолитический, так и окислительный метаболизм могут поддерживать рост hPSC и что метаболический фенотип hPSC в значительной степени определяется доступностью питательных веществ. Мы всесторонне охарактеризовали метаболизм hPSC, используя отслеживание стабильных изотопов (13) C / (2) H и анализ потоков, чтобы определить метаболические пути, поддерживающие биоэнергетику и биосинтез hPSC. Хотя гликолитический поток постоянно поддерживал рост hPSC, среда определенного химического состава сильно влияла на состояние митохондриального дыхания и метаболизм жирных кислот. Дефицит липидов резко перепрограммировал пути, связанные с биосинтезом жирных кислот и регенерацией НАДФН, изменяя митохондриальную функцию клеток и управляя потоком через окислительный пентозофосфатный путь. Добавление липидов смягчает это метаболическое перепрограммирование и увеличивает окислительный метаболизм. Эти результаты демонстрируют, что самообновляющиеся hPSCs могут проявлять различные метаболические состояния и подчеркивают важность питательных веществ среды для митохондриальной функции и развития.

Кордес Т., Уоллес М., Мичелуччи А., Дивакаруни А.С., Сапкариу С.К., Соуза К., Косеки Х., Кабралес П., Мерфи А.Н., Хиллер К., Металло, см Иммуночувствительный ген 1 и итаконат ингибируют сукцинатдегидрогеназу, модулируя внутриклеточные уровни сукцината. (2016) Журнал биологической химии. 291(27):14274-14284. DOI: 10.1074/jbc.M115.685792

+ развернуть аннотацию

Метаболическое перепрограммирование становится отличительной чертой врожденного иммунного ответа, а динамический контроль метаболитов, таких как сукцинат, служит для облегчения выполнения воспалительных реакций в макрофагах и других иммунных клетках. Экспрессия иммунореактивного гена 1 (Irg1) индуцируется воспалительными стимулами, а его ферментный продукт цис-аконитатдекарбоксилаза катализирует выработку итаконата из цикла трикарбоновых кислот. Здесь мы идентифицируем иммунометаболический регуляторный путь, который связывает продукцию Irg1 и итаконата с накоплением сукцината, которое происходит в контексте врожденных иммунных ответов. Уровни итаконата и экспрессия Irg1 сильно коррелируют с сукцинатом во время воздействия ЛПС на макрофаги и неиммунные клетки. Мы демонстрируем, что итаконат действует как эндогенный ингибитор сукцинатдегидрогеназы, вызывая накопление сукцината. Потеря продукции итаконата в активированных макрофагах мышей Irg1(-/-) снижает накопление сукцината в ответ на воздействие ЛПС. Эта метаболическая сеть связывает врожденный иммунный ответ и метаболизм трикарбоновых кислот с функцией электрон-транспортной цепи.

Цзян Л., Шестов А.А., Суэйн П., Ян К., Паркер С.Дж., Ван К.А., Терада Л.С., Адамс Н.Д., Маккейб М.Т., Петрак Б., Шмидт С., Металло, см, Дранка Б.П., Шварц Б., ДеБерардинис Р.Дж. Восстановительное карбоксилирование поддерживает окислительно-восстановительный гомеостаз во время независимого от якоря роста. (2016) Природа. 532 (7598): 255-8. DOI: 10.1038/nature17393

+ развернуть аннотацию

Клетки получают стимулы для роста и выживания благодаря прикреплению к внеклеточному матриксу (ECM). Преодоление зависимости от ECM-индуцированных сигналов необходимо для независимого от якоря роста, что является свойством большинства злокачественных клеток. Отсоединение от внеклеточного матрикса связано с повышенной продукцией активных форм кислорода (АФК) вследствие изменения метаболизма глюкозы. Здесь мы идентифицируем нетрадиционный путь, который поддерживает окислительно-восстановительный гомеостаз и рост во время адаптации к независимости от якоря. Мы наблюдали, что отделение от монослойной культуры и рост в виде независимых от якоря опухолевых сфероидов сопровождались изменениями метаболизма как глюкозы, так и глутамина. В частности, окисление обоих питательных веществ было подавлено в сфероидах, тогда как восстановительное образование цитрата из глутамина усиливалось. Восстановительный метаболизм глутамина в значительной степени зависел от цитозольной изоцитратдегидрогеназы-1 (IDH1), поскольку активность была подавлена в клетках, гомозиготных по IDH1 или обработанных ингибитором IDH1. Эта активность происходила в отсутствие гипоксии, хорошо известного индуктора восстановительного метаболизма. Скорее, IDH1 ослаблял митохондриальные АФК в сфероидах, а подавление IDH1 уменьшало рост сфероидов посредством механизма, требующего митохондриальных АФК. Отслеживание изотопов показало, что в сфероидах изоцитрат/цитрат, образующийся редуктивно в цитозоле, может проникать в митохондрии и участвовать в окислительном метаболизме, включая окисление с помощью IDH2. Это генерирует НАДФН в митохондриях, позволяя клеткам смягчить митохондриальные АФК и максимизировать рост. Ни IDH1, ни IDH2 не были необходимы для роста монослоя, но удаление любого из них усиливало митохондриальные АФК и уменьшало размер сфероида, как и удаление митохондриального белка-транспортера цитрата. Вместе данные показывают, что адаптация к независимости от якоря требует фундаментальных изменений в метаболизме цитратов, инициированных IDH1-зависимым редуктивным карбоксилированием и завершающихся подавлением митохондриальных АФК.

Паркер, С.Дж., Металло, см В погоне за одноуглеродными единицами, чтобы понять роль серина в эпигенетике. (2016) Молекулярная клетка. 61(2):185-6. DOI: 10.1016/j.molcel.2016.01.006

+ развернуть аннотацию

Грин, Ч.Р., Уоллес, М., Дивакаруни, А.С., Филлипс, С.А., Мерфи, А.Н., Чиаральди, Т.П., Металло, см Катаболизм аминокислот с разветвленной цепью способствует дифференцировке адипоцитов и липогенезу. (2016) Химическая биология природы. 12(1):15-21. DOI: 10.1038/nchembio.1961

+ развернуть аннотацию

Жировая ткань играет важную роль в регуляции углеводного и липидного гомеостаза, но меньше известно о регуляции метаболизма аминокислот в адипоцитах. Здесь мы применили изотопное отслеживание преадипоцитов и дифференцированных адипоцитов для количественной оценки вклада различных субстратов в метаболизм трикарбоновых кислот (TCA) и липогенез. В отличие от пролиферирующих клеток, которые используют глюкозу и глутамин для образования ацетил-коэнзима А (АсКоА), дифференцированные адипоциты показали повышенный катаболический поток аминокислот с разветвленной цепью (BCAA), так что лейцин и изолейцин из среды и/или из белкового катаболизма объясняются катаболизмом. целых 30% липогенных пулов AcCoA. Средний дефицит кобаламина вызывает накопление метилмалоновой кислоты и синтез жирных кислот с нечетной цепью. Добавка витамина B12 уменьшала количество этих метаболитов и изменяла баланс субстратов, поступающих в митохондрии. Наконец, ингибирование катаболизма BCAA поставило под угрозу адипогенез. Эти результаты количественно подчеркивают вклад BCAA в метаболизм адипоцитов и предполагают, что катаболизм BCAA играет функциональную роль в дифференцировке адипоцитов.

Лусси-Лепутр, К., Холлинсхед, К.Э., Людвиг, К., Менара, М., Морин, А., Кастро-Вега, Л.Дж., Паркер, С.Дж., Джанин, М., Мартинелли, К., Оттоленги, К. , Металло, С., Хименес-Рокепло, А.П., Фавье, Дж., Теннант, Д.А. Потеря активности сукцинатдегидрогеназы приводит к зависимости клеточного анаболизма от карбоксилирования пирувата. (2015) Природа связи. 6:8784. DOI: 10.1038/ncomms9784

+ развернуть аннотацию

Цикл трикарбоновых кислот (TCA) является центральным метаболическим путем, ответственным за обеспечение восстановительного потенциала для окислительного фосфорилирования и анаболических субстратов для роста, восстановления и пролиферации клеток. Таким образом, считается, что он необходим для пролиферации клеток и тканевого гомеостаза. Однако после первоначального сообщения об инактивирующей мутации в ферментном комплексе цикла ТСА, сукцинатдегидрогеназе (СДГ) при параганглиоме (ПГЛ), стало ясно, что некоторые клетки и ткани не только способны выживать при укороченном цикле ТСА, но и что они также способны поддерживать пролиферативный фенотип, наблюдаемый в опухолях. Здесь мы показываем, что потеря активности СДГ приводит к изменениям в метаболизме заменимых аминокислот. В частности, мы демонстрируем, что пируваткарбоксилаза необходима для пополнения истощенного пула аспартата в клетках с дефицитом СДГ. Наши результаты демонстрируют, что потеря SDH снижает метаболическую пластичность клеток, указывая на уязвимости, на которые можно воздействовать терапевтически.

Бадур М.Г., Чжан Х., Металло, см Ферментативное пассирование эмбриональных стволовых клеток человека изменяет центральный углеродный метаболизм и количество гликанов. (2015) Биотехнолог Дж. 10(10):1600-11. DOI: 10.1002/биот.201400749

+ развернуть аннотацию

Чтобы реализовать потенциал эмбриональных стволовых клеток человека (чЭСК) в регенеративной медицине и при разработке лекарств, необходимо надежно производить большое количество клеток, которые точно воспроизводят функции клеток и тканей. Предыдущие исследования показали, что генетическая нестабильность и эпигенетические изменения возникают как следствие ферментативного пассирования. Однако потенциальное влияние таких методов пассирования на метаболизм чЭСК не описано. Используя отслеживание стабильных изотопов и метаболомику на основе масс-спектрометрии, мы исследовали, как различные пассирующие реагенты влияют на метаболизм чЭСК. Ферментативное пассирование вызывало значительное снижение утилизации глюкозы в ходе центрального углеродного метаболизма наряду с ослаблением липогенеза de novo. Кроме того, мы разработали и утвердили метод быстрой количественной оценки содержания гликанов и изотопной маркировки в гидролизованной биомассе. Реагенты для ферментативного пассирования значительно изменили уровни гликанов сразу после переваривания, но, что удивительно, на вклад глюкозы в гликаны это не повлияло. Эти результаты демонстрируют, что существует немедленное влияние на метаболизм чЭСК после ферментативного пассирования как в центральном углеродном метаболизме, так и в биосинтезе. HESC, подвергнутые ферментативному пассированию, обычно переводят в состояние, требующее ресинтеза компонентов биомассы, тонко влияя на их метаболические потребности таким образом, что это может повлиять на работу клеток в приложениях регенеративной медицины.

Паркер, С.Дж., Металло, см Метаболические последствия онкогенных мутаций IDH. (2015) Pharmacol Ther. 152:54-62. DOI: 10.1016/j.pharmthera.2015.05.003

+ развернуть аннотацию

Специфические точечные мутации в изоцитратдегидрогеназе 1 и 2 (IDH1 и IDH2) встречаются при различных видах рака, включая острый миелоидный лейкоз (ОМЛ), глиомы низкой степени злокачественности и хондросаркомы. Эти мутации инактивируют ферментативную активность дикого типа и передают неоморфную функцию с образованием d-2-гидроксиглутарата (d-2HG), который накапливается в миллимолярных количествах в опухолях. d-2HG может влиять на активность α-кетоглутарат-зависимой диоксигеназы и впоследствии влиять на различные клеточные функции при этих видах рака. Ингибиторы неоморфной активности мутантных IDH1 и IDH2 в настоящее время проходят клинические испытания фазы I/II как для солидных опухолей, так и для опухолей крови. Поскольку IDH1 и IDH2 представляют собой ключевые ферменты в цикле трикарбоновых кислот (TCA), мутации оказывают значительное влияние на промежуточный метаболизм. Потеря некоторой метаболической активности дикого типа является важным, потенциально опасным и терапевтически пригодным последствием онкогенных мутаций IDH и требует дальнейшего изучения в будущем. Здесь мы рассмотрим, как мутации IDH1 и IDH2 влияют на клеточный метаболизм, эпигенетику и другие биохимические функции, обсуждая эти изменения в контексте текущих усилий по терапевтическому нацеливанию на рак, несущий эти мутации.

Бюшер, Дж.М., Антоневич, М.Р., Борос, Л.Г., Берджесс, С.К., Бруненграбер, Х., Клиш, С.Б., ДеБерардинис, Р.Дж., Ферон, О., Фрезза, К., Гескьер, Б., Готтлиб, Э., Хиллер , К., Джонс, Р.Г., Камфорст, Дж.Дж., Кибби, Р.Г., Киммелман, А.С., Локасале, Дж.В., Лант, С.И., Мэддокс, О.Д., Маллой, К., Металло, см, Meuillet, EJ, Munger, J., Nöh, K., Rabinowitz, JD, Ralser, M., Sauer, U., Stephanopoulos, G., St-Pierre, J., Tennant, DA, Wittmann, C., Вандер Хейден, М.Г., Васкес, А., Вусден, К., Янг, Д.Д., Замбони, Н., Фендт, С.М. Дорожная карта для интерпретации моделей мечения метаболита (13) C из клеток. (2015) Курр Опин Биотехнолог. 34:189-201. DOI: 10.1016/j.copbio.2015.02.003

+ развернуть аннотацию

Металло, см Метаболический анализ с использованием стабильных изотопов. Предисловие. (2015) Методы Энзимов. 561:xv-xvi. DOI: 10.1016/S0076-6879(15)00482-6

Ан, CS, Металло, см Митохондрии как биосинтетические фабрики для пролиферации рака. (2015) Рак метаб. 3(1):1. DOI: 10.1186/s40170-015-0128-2

+ развернуть аннотацию

Ваканти, Н.М., Дивакаруни, А.С., Грин, Ч.Р., Паркер, С.Дж., Генри, Р.Р., Чиаральди, Т.П., Мерфи, А.Н., Металло, см Регуляция утилизации субстрата митохондриальным переносчиком пирувата. (2014) Молекулярная клетка. 56(3):425-435. DOI: 10.1016/j.molcel.2014.09.024

+ развернуть аннотацию

Пируват находится в центральном биохимическом узле, соединяющем метаболизм углеводов, аминокислот и жирных кислот, и регуляция потока пирувата в митохондрии представляет собой критический этап промежуточного метаболизма, влияющего на многочисленные заболевания. Чтобы охарактеризовать изменения в использовании митохондриального субстрата в контексте нарушенного транспорта митохондриального пирувата, мы применили анализ метаболического потока (13)C (MFA) к клеткам после транскрипционного или фармакологического ингибирования митохондриального переносчика пирувата (MPC). Несмотря на глубокое подавление как глюкозы, так и окисления пирувата, рост клеток, потребление кислорода и метаболизм трикарбоновых кислот (TCA) неожиданно сохранялись. Окислительный поток ТСА был достигнут за счет усиленного использования глутаминолиза за счет яблочного фермента и пируватдегидрогеназы (ПДГ), а также окисления жирных кислот и аминокислот с разветвленной цепью. Таким образом, в отличие от ингибирования комплекса I или ПДГ, подавление транспорта пирувата индуцирует форму метаболической гибкости, связанную с использованием липидов и аминокислот в качестве катаболического и анаболического топлива.

Суржик В., Металло, С. Редакционный обзор: Системная биология: достижения в многомасштабных приложениях системной биологии. (2014) Курр Опин Биотехнолог. 28:vi-viii. DOI: 10.1016/j.copbio.2014.06.016

Валенсия, Т., Ким, Дж.Й., Абу-Бакер, С., Москат-Пардос, Дж., Ан, К.С., Рейна-Кампос, М., Дюран, А., Кастилья, Э.А., Металло, см, Диас-Меко, МТ, Москат, Дж. Метаболическое перепрограммирование стромальных фибробластов посредством передачи сигналов p62-mTORC1 способствует воспалению и онкогенезу. (2014) Раковая клетка. 26(1):121-135. DOI: 10.1016/j.ccr.2014.05.004

+ развернуть аннотацию

Льюис, Калифорния, Паркер, С.Дж., Фиске, Б.П., Макклоски, Д., Гуи, Д.Ю., Грин, Ч.Р., Воукс, Н.И., Файст, А.М., Вандер Хайден, М.Г., Металло, см Отслеживание компартментализованного метаболизма НАДФН в цитозоле и митохондриях клеток млекопитающих. (2014) Молекулярная клетка. 55(2):253-63. DOI: 10.1016/j.molcel.2014.05.008

+ развернуть аннотацию

Эукариотические клетки разделяют биохимические процессы в различных органеллах, часто полагаясь на метаболические циклы для переноса восстановительных эквивалентов через внутриклеточные мембраны. НАДФН служит переносчиком электронов для поддержания окислительно-восстановительного гомеостаза и восстановительного биосинтеза с отдельными цитозольными и митохондриальными пулами, обеспечивающими восстановительную способность в каждом соответствующем месте. Эта клеточная организация имеет решающее значение для многих функций, но усложняет анализ метаболических путей с использованием доступных методов. Здесь мы разрабатываем подход к разрешению NADP(H)-зависимых путей, присутствующих как в цитозоле, так и в митохондриях. Отслеживая водород в разделенных реакциях, в которых в качестве кофактора используется NADPH, включая продукцию 2-гидроксиглутарата мутантными ферментами изоцитратдегидрогеназы, мы можем наблюдать активность метаболических путей в этих различных клеточных компартментах. Используя эту систему, мы определяем направление взаимного превращения серина/глицина в митохондриях и цитозоле, подчеркивая способность этого подхода разрешать компартментальные реакции в интактных клетках.

Heinrichsen, ET, Zhang, H., Robinson, JE, Ngo, J., Diop, S., Bodmer, R., Joiner, WJ, Металло, см, Хаддад, ГГ Метаболический и транскрипционный ответ на диету с высоким содержанием жиров у Drosophila melanogaster. (2014) Молекулярный метаболизм. 3(1):42-54. DOI: 10.1016/j.molmet.2013.10.003

+ развернуть аннотацию

Распространенность ожирения резко возросла, поэтому важно понимать сопутствующие ему метаболические изменения. Моделируя вызванное диетой ожирение у Drosophila melanogaster (дрозофилы), мы выяснили транскрипционные и метаболические изменения у мух w (1118) на диете с высоким содержанием жиров (HFD). Метаболомика на основе масс-спектрометрии выявила измененный метаболизм жирных кислот, аминокислот и углеводов при HFD. Анализ микрочипов выявил транскрипционные изменения в метаболизме азота, включая CG9510, гомолог аргининосукцинатлиазы человека (ASL). Нокдаун CG9510 у мух фенокопировал признаки, наблюдаемые при HFD, а именно повышенный уровень триглицеридов и снижение устойчивости к холоду. Восстановление экспрессии CG9510 уменьшало наблюдаемые негативные последствия HFD. Метаболомный анализ нокдаунных мух CG9510 подтвердил функциональное сходство с ASL, регулирующим баланс углеродного и азотного обмена. Таким образом, мы обнаружили, что HFD подавляет экспрессию CG9510, гена, необходимого для правильного хранения триглицеридов и стрессоустойчивости. Эти результаты указывают на важную связь между регуляцией метаболизма аминокислот и реакцией на ожирение, вызванное диетой.

Комиссо, К., Дэвидсон, С.М., Сойданер-Азелоглу, Р.Г., Паркер, С.Дж., Камфорст, Дж.Дж., Хакетт, С., Грабока, Э., Нофал, М., Дребин, Дж.А., Томпсон, С.Б., Рабинович, Дж.Д., Металло, см, Вандер Хейден, М.Г., Бар-Саги, Д. Макропиноцитоз белка является путем доставки аминокислот в Ras-трансформированные клетки. (2013) Природа. 497 (7451): 633-7. DOI: 10.1038/nature12138

+ развернуть аннотацию

Макропиноцитоз представляет собой высококонсервативный эндоцитозный процесс, при котором внеклеточная жидкость и ее содержимое проникают в клетки через большие гетерогенные везикулы, известные как макропиносомы. Было показано, что онкогенные белки Ras стимулируют макропиноцитоз, но функциональный вклад этого механизма поглощения в трансформированный фенотип остается неизвестным. Здесь мы показываем, что Ras-трансформированные клетки используют макропиноцитоз для транспорта внеклеточного белка в клетку. Интернализованный белок подвергается протеолитической деградации с образованием аминокислот, включая глютамин, которые могут участвовать в центральном углеродном метаболизме. Соответственно, зависимость Ras-трансформированных клеток от свободного внеклеточного глутамина для роста может быть подавлена поглощением белка макропиноцитами. В соответствии с тем, что макропиноцитоз представляет собой важный путь поглощения питательных веществ в опухолях, его фармакологическое ингибирование ставит под угрозу рост Ras-трансформированных ксенотрансплантатов опухоли поджелудочной железы. Эти результаты идентифицируют макропиноцитоз как механизм, с помощью которого раковые клетки поддерживают свои уникальные метаболические потребности, и указывают на возможное использование этого процесса при разработке противоопухолевой терапии.

Хиллер К., Вегнер А., Вайндл Д., Кордес Т., Металло, см, Келлехер, Дж. К., Стефанопулос, Г. NTFD — автономное приложение для нецелевого обнаружения соединений, меченных стабильными изотопами, в данных ГХ/МС. (2013) Биоинформатика. 29(9):1226-8. DOI: 10.1093/биоинформатика/btt119

+ развернуть аннотацию

Металло, см, Вандер Хайден, MG Понимание метаболической регуляции и ее влияния на физиологию клеток. (2013) Молекулярная клетка. 49(3):388-98. DOI: 10.1016/j.molcel.2013.01.018

+ развернуть аннотацию

Хиллер, К., Металло, см Профилирование метаболических сетей для изучения метаболизма рака. (2013) Курр Опин Биотехнолог. 24(1):60-8. DOI: 10.1016/j.copbio.2012.11.001

+ развернуть аннотацию

Ваканти, Нью-Мексико, Металло, см Изучение метаболических путей, которые способствуют фенотипу стволовых клеток. (2013) Биохимика и биофизика Acta. 1830 (2): 2361-9. DOI: 10.1016/j.bbagen.2012.08.007

+ развернуть аннотацию

Металло, см Расширение сферы применения метаболомики рака. (2012) Исследования по профилактике рака. 5(12):1337-40. DOI: 10.1158/1940-6207.CAPR-12-0433

+ развернуть аннотацию

Метаболизм снова становится ключевым свойством, которое отличает нормальные клетки от неопластических тканей. Сочетание этого явления с передовыми биоаналитическими методами может теперь открыть новые возможности для диагностики рака за счет открытия химических биомаркеров. В этом выпуске журнала Cancer Prevention Research Монтроуз и его коллеги применяют метаболическое профилирование к модели химически индуцированного колоректального рака и очень подробно описывают метаболический ландшафт колоректальных опухолей и связанных с ними биологических жидкостей. Их анализ плазмы и фекальных метаболитов позволяет проникнуть в неинвазивное обнаружение колоректального рака с использованием биохимических маркеров, поскольку некоторые консервативные метаболические изменения были изменены в опухолях, плазме и фекалиях. Между тем, специфические изменения, выявленные в этом исследовании, дают представление о потенциальных метаболических факторах колоректального рака. Например, в этих индуцированных опухолях был обнаружен повышенный уровень саркозина и 2-гидроксиглутарата, что указывает на их соответствующие метаболические пути и последующие взаимодействия в прогрессировании колоректального рака. В этой работе подчеркивается потенциальная ценность метаболомики рака для неинвазивного анализа колоректальных неоплазий, а также подчеркивается важность профилирования различных наборов образцов и метаболитов в соответствующих моделях рака для выявления и подтверждения таких результатов.

Анастасиу, Д., Ю, Ю., Исраэльсен, В.Дж., Цзян, Дж.К., Боксер, М.Б., Хонг, Б.С., Темпель, В., Димов, С., Шен, М., Джха, А., Ян, Х. , Маттаини, КР, Металло, см, Фиске, Б.П., Кортни, К.Д., Малстром, С., Хан, Т.М., Кунг, К., Скумбурдис, А.П., Вейт, Х., Саутхолл, Н., Уолш, М.Дж., Бримакомб, К.Р., Лейстер, В., Лант, С.Ю., Джонсон, З.Р., Йен, К.Э., Куни, К., Дэвидсон, С.М., Кристофк, Х.Р., Остин, К.П., Инглезе, Дж., Харрис, М.Х., Асара, Дж.М., Стефанопулос, Г., Салитуро, Ф.Г. , Джин, С., Данг, Л., Олд, Д.С., Парк, Х.В., Кэнтли, Л.С., Томас, СиДжей, Вандер Хейден, М.Г. Активаторы пируваткиназы М2 способствуют образованию тетрамера и подавляют онкогенез. (2012) Химическая биология природы. 8(10):839-47. DOI: 10.1038/nchembio.1060

+ развернуть аннотацию

Раковые клетки участвуют в метаболической программе для усиления биосинтеза и поддержки клеточной пролиферации. Регуляторные свойства пируваткиназы М2 (ПКМ2) влияют на измененный метаболизм глюкозы при раке. Взаимодействие PKM2 с фосфотирозинсодержащими белками подавляет активность ферментов и увеличивает доступность гликолитических метаболитов для поддержки клеточной пролиферации. Это говорит о том, что высокая активность пируваткиназы может подавлять рост опухоли. Мы показываем, что экспрессия PKM1, изоформы пируваткиназы с высокой конститутивной активностью, или воздействие опубликованных низкомолекулярных активаторов PKM2 ингибирует рост ксенотрансплантатных опухолей. Структурные исследования показывают, что низкомолекулярные активаторы связывают PKM2 на границе взаимодействия субъединиц, сайт, который отличается от сайта эндогенного активатора фруктозо-1,6-бисфосфата (FBP). Однако, в отличие от FBP, связывание активаторов с PKM2 способствует конститутивно активному состоянию фермента, устойчивому к ингибированию тирозин-фосфорилированными белками. Эти данные подтверждают мнение о том, что низкомолекулярная активация PKM2 может влиять на анаболический метаболизм.

Вальтер, Дж. Л., Металло, см, Чжан Дж., Стефанопулос Г. Оптимизация изотопных индикаторов 13C для анализа метаболических потоков в клетках млекопитающих. (2012) Метаб Инж. 14(2):162-71. DOI: 10.1016/j.ymben.2011.12.004

+ развернуть аннотацию

Клетки млекопитающих потребляют и метаболизируют различные субстраты из окружающей среды для выработки энергии и синтеза биомассы. Глюкоза и глютамин, в частности, являются основными источниками углерода для пролиферирующих раковых клеток. Хотя эта комбинация субстратов создает статические паттерны маркировки для использования в анализе метаболического потока (13)C (MFA), неспособность отдельных индикаторов эффективно маркировать все пути создает препятствие для всестороннего определения потока в рамках данного эксперимента. Чтобы решить эту проблему, мы применили генетический алгоритм для оптимизации смесей (13)C-меченой глюкозы и глутамина для использования в MFA. Мы определили комбинации индикаторов, которые минимизировали доверительные интервалы в экспериментально определенной сети потоков, описывающей центральный метаболизм углерода в опухолевых клетках. Для определения устойчивости комбинации индикаторов [1,2-(13)C(2)]глюкоза/[U-(13)C(5)]глутамин использовали для определения устойчивости к возмущениям в сети. Наконец, мы экспериментально подтвердили улучшенную эффективность этого набора индикаторов по сравнению с индикаторами глюкозы отдельно в линии раковых клеток. Этот универсальный метод позволяет исследователям определить оптимальную комбинацию индикаторов для использования в конкретной метаболической сети, а наши результаты, примененные к раковым клеткам, значительно повышают способность экспериментов MFA точно определять количество потоков в высших организмах.

Металло, см, Гамейро, П.А., Белл, Э.Л., Маттаини, К.Р., Ян, Дж., Хиллер, К., Джуэлл, К.М., Джонсон, З.Р., Ирвин, Д.Дж., Гуаренте, Л., Келлехер, Дж.К., Вандер Хейден, М.Г., Илиопулос , О., Стефанопулос, Г. Восстановительный метаболизм глутамина с помощью IDH1 опосредует липогенез в условиях гипоксии. (2011) Природа. 481 (7381): 380-4. DOI: 10.1038/nature10602

+ развернуть аннотацию

Ацетилкоэнзим А (AcCoA) является центральным биосинтетическим предшественником для синтеза жирных кислот и ацетилирования белков. С общепринятой точки зрения на метаболизм клеток млекопитающих AcCoA в основном образуется из пирувата, полученного из глюкозы, посредством цитратного челнока и АТФ-цитратлиазы в цитозоле. Однако пролиферирующие клетки, которые демонстрируют аэробный гликолиз, и клетки, подвергшиеся гипоксии, превращают глюкозу в лактат на уровне, близком к стехиометрическому, направляя углерод глюкозы из цикла трикарбоновых кислот и синтеза жирных кислот. Хотя глутамин потребляется в количествах, превышающих уровень, необходимый для биосинтеза азота, регуляция и использование метаболизма глутамина в гипоксических клетках изучены недостаточно. Здесь мы показываем, что клетки человека используют восстановительный метаболизм α-кетоглутарата для синтеза AcCoA для синтеза липидов. Этот зависимый от изоцитратдегидрогеназы-1 (IDH1) путь активен в большинстве клеточных линий в нормальных условиях культивирования, но клетки, выращенные в условиях гипоксии, зависят почти исключительно от восстановительного карбоксилирования α-кетоглутарата, полученного из глутамина, для липогенеза de novo. Кроме того, почечные клеточные линии с дефицитом белка-супрессора опухоли фон Хиппеля-Линдау преимущественно используют восстановительный метаболизм глутамина для биосинтеза липидов даже при нормальном уровне кислорода. Эти результаты указывают на критическую роль кислорода в регулировании использования углерода для производства AcCoA и поддержки синтеза липидов в клетках млекопитающих.

Галио, Д., Металло, см, Гамейро, П.А., Хиллер, К., Данна, Л.С., Балестриери, К., Альбергина, Л., Стефанопулос, Г., Чиарадонна, Ф. Онкогенный K-Ras разделяет метаболизм глюкозы и глютамина, чтобы поддерживать рост раковых клеток. (2011) Мол Сист Биол. 7:523. DOI: 10.1038/msb.2011.56

+ развернуть аннотацию

Онкогены, такие как K-ras, опосредуют клеточную и метаболическую трансформацию во время онкогенеза. Чтобы проанализировать K-Ras-зависимые метаболические изменения, мы использовали анализ метаболического потока ¹³C (MFA), нецелевое определение судьбы трассера (NTFD) ¹⁵N-меченого глутамина и транскриптомное профилирование в клеточных линиях фибробластов мыши и карциномы человека. Метки глюкозы и глютамина, меченные стабильными изотопами, и компьютерное определение внутриклеточных потоков показали, что клетки, экспрессирующие онкогенный K-Ras, проявляют повышенную гликолитическую активность, снижают окислительный поток через цикл трикарбоновых кислот (TCA) и увеличивают использование глютамина для анаболического синтеза. Неожиданно в обеих трансформированных клеточных линиях была обнаружена неканоническая маркировка метаболитов, связанных с циклом ТСА. Транскрипционное профилирование выявило повышенную экспрессию нескольких генов, связанных с гликолизом, метаболизмом глутамина и биосинтезом нуклеотидов при трансформации онкогенным K-Ras. Химическое возмущение ферментов на этих путях еще больше способствует разъединению гликолиза и метаболизма ТСА, при этом глютамин поставляет повышенное количество углерода для управления циклом ТСА. Эти результаты свидетельствуют о роли онкогенного K-Ras в метаболическом перепрограммировании раковых клеток.

Грассиан, АР, Металло, см, Колофф, Дж. Л., Стефанопулос, Г., Брюгге, Дж. С. Erk-регуляция потока пируватдегидрогеназы через PDK4 модулирует клеточную пролиферацию. (2011) Гены и развитие. 25(16):1716-33. DOI: 10.1101/gad.16771811

+ развернуть аннотацию

Потеря прикрепления внеклеточного матрикса (ECM) приводит к метаболическим нарушениям, которые ограничивают выработку клеточной энергии. Характеристика метаболических изменений, вызванных отслоением ВКМ, выявила резкое снижение поглощения глюкозы, глутамина и пирувата и последующее снижение потока посредством гликолиза, пентозофосфатного пути и цикла трикарбоновых кислот (ТКА). Однако поток через пируватдегидрогеназу (ПДГ) непропорционально снижен, что сопровождается повышенной экспрессией киназы, ингибирующей ПДГ, киназы 4 ПДГ (PDK4) и повышенной секрецией углерода. Сверхэкспрессия ErbB2 поддерживает поток PDH путем подавления экспрессии PDK4 Erk-зависимым образом, а передача сигналов Erk также регулирует поток PDH в прикрепленных к ECM клетках. Кроме того, эпидермальный фактор роста (EGF), мощный индуктор Erk, положительно регулирует поток PDH за счет снижения экспрессии PDK4. Кроме того, избыточная экспрессия PDK4 в отслоившихся от ВКМ клетках подавляет ErbB2-опосредованное восстановление уровней АТФ, а в прикрепленных клетках избыточная экспрессия PDK4 снижает поток PDH, липогенез de novo и пролиферацию клеток. Анализ данных микрочипов из наборов данных об опухолях человека показал, что мРНК PDK4 обычно подавляется в опухолях по сравнению с тканями их происхождения. Эти результаты идентифицируют новый механизм, с помощью которого присоединение ECM, факторы роста и онкогены модулируют метаболическую судьбу глюкозы, контролируя экспрессию PDK4 и поток PDH, чтобы влиять на пролиферацию.

Локасале, Дж. В., Грассиан, А. Р., Мелман, Т., Лиссиотис, К. А., Маттаини, К. Р., Басс, А. Дж., Хеффрон, Г., Металло, см, Муранен Т., Шарфи Х., Сасаки А.Т., Анастасиу Д., Малларки Э., Вокес Н.И., Сасаки М., Берухим Р., Стефанопулос Г., Лигон А.Х., Мейерсон, М., Ричардсон, А.Л., Чин, Л., Вагнер, Г., Асара, Дж.М., Брюгге, Дж.С., Кэнтли, Л.С., Вандер Хейден, М.Г. Фосфоглицератдегидрогеназа отклоняет поток гликолиза и способствует онкогенезу. (2011) Генетика природы. 43(9):869-74. DOI: 10.1038/нг.890

+ развернуть аннотацию

Большинство опухолей демонстрируют повышенный метаболизм глюкозы до лактата, однако степень, в которой метаболические потоки глюкозы используются для альтернативных процессов, плохо изучена. Используя подход метаболомики с мечением изотопов, мы обнаружили, что в некоторых раковых клетках относительно большое количество гликолитического углерода направляется на метаболизм серина и глицина через фосфоглицератдегидрогеназу (PHGDH). Анализ рака человека показал, что PHGDH периодически амплифицируется в области генома с фокальным увеличением числа копий, наиболее часто встречающимся при меланоме. Снижение экспрессии PHGDH нарушало пролиферацию в амплифицированных клеточных линиях. Повышенная экспрессия также была связана с подтипами рака молочной железы, а эктопическая экспрессия PHGDH в эпителиальных клетках молочной железы нарушала ацинарный морфогенез и индуцировала другие фенотипические изменения, которые могут предрасполагать клетки к трансформации. Наши результаты показывают, что направление гликолитического потока на конкретный альтернативный путь может быть выбрано во время развития опухоли и может способствовать патогенезу рака человека.

Хиллер, К., Металло, С., Стефанопулос, Г. Выяснение клеточного метаболизма с помощью метаболомики и метаболомики с помощью стабильных изотопов. (2011) Карр Фарм Биотехнолог. 12(7):1075-1086. DOI: 10.2174/138920111795909096

+ развернуть аннотацию

Метаболомика и анализ метаболических потоков (МФА) являются мощными инструментами в арсенале методологий системной биологии. В настоящее время для определения биомаркеров рутинно применяются методы метаболомики. Однако стандартные методы метаболомики предоставляют только статическую информацию об абсолютных или относительных количествах метаболитов. Применение индикаторов стабильных изотопов открыло новое измерение в метаболомике, предоставляя динамическую информацию о внутриклеточных потоках и, соответственно, активности ферментов. В первой части рукописи мы рассматриваем экспериментальные и вычислительные технологии, применимые для метаболомного анализа. Во второй части мы представляем современные технологии, основанные на использовании стабильных изотопов, и их применение для анализа клеточного метаболизма. Начиная с определения массового распределения изотопомеров (MID), мы рассматриваем технологии анализа метаболических потоков (MFA) и заканчиваем представлением новой методологии нецелевого анализа данных метаболомики, меченных стабильными изотопами.

Вандер Хейден, М.Г., Лант, С.Ю., Дейтон, Т.Л., Фиске, Б.П., Исраэльсен, В.Дж., Маттаини, К.Р., Воукс, Н.И., Стефанопулос, Г., Кэнтли, Л.С., Металло, см, Локасале, JW Изменения метаболического пути, которые поддерживают пролиферацию клеток. (2011) Симпозиумы по количественной биологии в Колд-Спринг-Харбор. 76:325-34. DOI: 10.1101/кв.2012.76.010900

+ развернуть аннотацию

Пролиферирующие клетки адаптируют метаболизм, чтобы поддерживать преобразование доступных питательных веществ в биомассу. Как регулируется клеточный метаболизм, чтобы сбалансировать производство АТФ, строительных блоков метаболитов и восстановительных эквивалентов, остается неясным. Пролиферативный метаболизм часто включает повышенную скорость гликолиза. Ключевой регулируемый этап гликолиза катализируется пируваткиназой для превращения фосфоенолпирувата (ФЕП) в пируват. Удивительно, но в опухолях и других пролиферативных тканях существует сильный отбор на экспрессию менее активной изоформы М2 пируваткиназы (ПКМ2). Сигналы роста клеток еще больше снижают активность PKM2, и клетки с менее активным PKM2 используют другой путь с отдельными регуляторными свойствами для превращения PEP в пируват. Одним из последствий использования этого альтернативного пути является накопление 3-фосфоглицерата (3PG), что приводит к переключению 3PG на путь биосинтеза серина. Фактически, при некоторых видах рака значительная часть общего потока глюкозы направляется на синтез серина, и генетические данные свидетельствуют о том, что поток глюкозы по этому пути может способствовать трансформации клеток. Условия окружающей среды также могут влиять на пути, которые клетки используют для производства биомассы, при этом источник углерода для синтеза липидов меняется в зависимости от доступности кислорода. Вместе эти результаты доказывают, что среди пролиферирующих клеток существуют различные метаболические фенотипы, и как генетические факторы, так и факторы окружающей среды влияют на то, как регулируется метаболизм для поддержки роста клеток.

Металло, см, Вандер Хайден, MG Метаболизм наносит ответный удар: метаболический поток регулирует передачу сигналов клетками. (2010) Гены и развитие. 24(24):2717-22. DOI: 10.1101/gad.2010510

+ развернуть аннотацию

Хиллер, К., Металло, см, Келлехер, Дж. К., Стефанопулос, Г. Нецелевое выяснение метаболических путей с использованием индикаторов стабильных изотопов и масс-спектрометрии. (2010) Аналитическая химия. 82(15):6621-8. DOI: 10.1021/ac1011574

+ развернуть аннотацию

Инструменты системного уровня для количественного анализа метаболических сетей необходимы для разработки метаболизма для биомедицинских и промышленных приложений. В то время как современные методы метаболомики обеспечивают высокопроизводительную количественную оценку метаболитов, эти методы предоставляют минимальную информацию о скоростях и связности метаболических путей. Здесь мы представляем новый метод, обнаружение судьбы нецелевого трассера (NTFD), который расширяет концепцию метаболомики для решения вышеуказанных проблем. Благодаря комбинированному использованию индикаторов стабильных изотопов и хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией наш вычислительный анализ позволяет количественно определять все поддающиеся измерению метаболиты, полученные из определенного меченого соединения. Не имея априорных знаний о реакционной сети или библиотеке соединений, NTFD предоставляет информацию об относительных величинах потока в каждый пул метаболитов путем определения массового распределения изотопомеров для всех меченых соединений. Этот новый метод добавляет новое измерение к набору инструментов метаболомики и обеспечивает основу для глобального анализа метаболических потоков.

Металло, см, Джи Л., де Пабло Дж. Дж., Палечек С. П. Направленная дифференцировка эмбриональных стволовых клеток человека в эпидермальные предшественники. (2010) Методы молекулярной биологии. 585:83-92. DOI: 10.1007/978-1-60761-380-0_7

+ развернуть аннотацию

Металло, см, Азарин С.М., Моисей Л.Е., Джи Л., де Пабло Дж.Дж., Палечек С.П. Кератиноциты, происходящие из эмбриональных стволовых клеток человека, демонстрируют программу эпидермальной транскрипции и подвергаются эпителиальному морфогенезу в тканевых конструкциях. (2010) Ткань Eng Часть A. 16(1):213-23. DOI: 10.1089/тен.TEA.2009.0325

+ развернуть аннотацию

Эмбриональные стволовые клетки человека (hES) являются привлекательным источником клеточного материала для научных, диагностических и потенциальных терапевтических применений. В настоящее время доступны протоколы для прямой дифференцировки клеток hES в определенные линии с высокой степенью чистоты в относительно определенных условиях; тем не менее, исследователи должны установить функциональное сходство производных клеток hES и связанных с ними первичных типов клеток, чтобы подтвердить их полезность. Используя ретиноевую кислоту для инициации дифференцировки, мы создали высокочистые популяции кератиновых 14+ (K14) hES клеток-предшественников кератиноцитов (hEK) и провели анализ микрочипов для сравнения глобальной программы транскрипции hEK и первичных кератиноцитов крайней плоти. Паттерны транскрипции были в значительной степени сходными, хотя анализ онтологии генов показал, что гены, связанные с трансдукцией сигнала и внеклеточным матриксом, активировались в hEK. Кроме того, мы оценили способность hEK обнаруживать и реагировать на стимулы окружающей среды, такие как Ca (2+), сыворотка и культура на границе раздела воздух-жидкость. При культивировании на кожных конструкциях, сформированных из коллагеновых гелей и дермальных фибробластов человека, hEK выживали и размножались в течение 3 недель в сконструированных тканевых конструкциях. Поддержание на границе воздух-жидкость вызывало расслоение поверхностного эпителия, и результаты иммуногистохимии показали, что маркеры дифференцировки (например, кератин 10, инволюкрин и филаггрин) были локализованы в супрабазальных слоях. Хотя общая морфология ткани значительно отличалась от образцов кожи человека, органотипические культуры, полученные с помощью hEK и первичных кератиноцитов крайней плоти, были весьма схожи, что позволяет предположить, что эти типы клеток реагируют на это микроокружение сходным образом. Эти результаты представляют собой важный шаг в характеристике функционального сходства hEKs с первичным эпителием.

Металло, см, Вальтер Дж.Л., Стефанопулос Г. Оценка изотопных индикаторов 13C для анализа метаболических потоков в клетках млекопитающих. (2009) Дж Биотехнолог. 144(3):167-74. DOI: 10.1016/j.jbiotec.2009.07.010

+ развернуть аннотацию

(13) Анализ метаболических потоков C (MFA) является наиболее полным средством характеристики клеточных метаболических состояний. Уникально помеченные изотопные трассеры позволяют проводить более целенаправленный анализ для изучения конкретных реакций в сети. В результате выбор трассера во многом определяет точность, с которой можно оценить метаболические потоки, особенно в сложных системах млекопитающих, требующих множественных субстратов. Здесь мы экспериментально определили метаболические потоки в линии опухолевых клеток, успешно воспроизведя признаки метаболизма раковых клеток. Используя эти данные, мы провели компьютерную оценку специально меченных (13)C индикаторов глюкозы и глутамина на предмет их способности точно и точно оценивать потоки в центральном углеродном метаболизме. Эти методы позволили определить оптимальный индикатор для анализа отдельных потоков, конкретных путей и центрального углеродного метаболизма в целом. [1,2-(13)C(2)]глюкоза обеспечила наиболее точные оценки гликолиза, пентозофосфатного пути и общей сети. Такие индикаторы, как [2-(13)C]глюкоза и [3-(13)C]глюкоза, также превзошли по эффективности более часто используемую [1-(13)C]глюкозу. [U-(13)C(5)]глутамин стал предпочтительным изотопным индикатором для анализа цикла трикарбоновых кислот (TCA). Эти результаты предоставляют ценную количественную информацию о характеристиках субстратов, меченных (13) C, и могут помочь в разработке более информативных экспериментов с МФА в культуре клеток млекопитающих.

Металло, см, Водяник М.А., де Пабло Дж.Й., Слюквин И.И., Палечек С.П. Реакция эндотелиальных клеток, полученных из эмбриональных стволовых клеток, на напряжение сдвига. (2008) Биотехнология Биоинж. 100(4):830-7. DOI: 10.1002/бит.21809

+ развернуть аннотацию

Важная физиологическая функция эндотелиальных клеток сосудов заключается в обнаружении и реагировании на физические раздражители. Хотя было предпринято много попыток получить эндотелиальные клетки из эмбриональных стволовых клеток человека (чЭСК), способность этих производных реагировать на механические воздействия еще предстоит установить. Эндотелиальные клетки, происходящие из чЭСК (чЭСК), были получены путем совместного культивирования чЭСК со стромальными клетками OP9. Здесь мы применили физиологические уровни напряжения сдвига к hEEC в проточной камере с параллельным планшетом и наблюдали изменения в морфологии клеток и экспрессии генов, сравнивая реакцию с реакцией эндотелиальных клеток пупочной вены человека (HUVEC) и эндотелиальных клеток микрососудов человека (HMVEC). Сдвиг индуцировал hEECs для удлинения и выравнивания в направлении потока, и их общий транскрипционный ответ на сдвиг был подобен тестируемым первичным клеткам. В ответ на сдвиг в hEECs COX2 и MMP1 повышались в четыре и три раза, экспрессия MCP1 и VCAM1 снижалась более чем в пять раз, а ICAM1 и TPA подавлялись почти в три раза. Транскрипция TGFbeta1 и SOD2 не претерпела изменений в тестируемых условиях. Кроме того, предварительное расщепление hEEC ослабляло TNF-альфа-индуцированную поверхностную экспрессию VCAM1. Эти данные свидетельствуют о том, что hEECs способны функционально реагировать на изменения напряжения сдвига жидкости путем модуляции экспрессии генов и морфологии клеток.

Металло, см, Азарин С.М., Джи Л., де Пабло Дж.Дж., Палечек С.П. Инженерная ткань из эмбриональных стволовых клеток человека. (2008) J Cell Мол Мед. 12(3):709-29. DOI: 10.1111/j.1582-4934.2008.00228.x

+ развернуть аннотацию

Недавние достижения в области биологии эмбриональных стволовых клеток человека (hESC) теперь предлагают альтернативный источник клеток для тканевых инженеров, поскольку эти клетки способны неограниченно размножаться и дифференцироваться во многие клинически значимые типы клеток. Новые методы культивирования, способные осуществлять пространственный и временной контроль над микроокружением стволовых клеток, позволяют более эффективно размножать hESCs, и были достигнуты значительные успехи в улучшении нашего понимания биофизических и биохимических сигналов, которые определяют выбор судьбы стволовых клеток. Эффективное производство клонально-специфических предшественников или терминально дифференцированных клеток позволяет исследователям включать производные чЭСК в сконструированные тканевые конструкции. Здесь мы описываем текущие усилия с использованием чЭСК в качестве источника клеток для приложений тканевой инженерии, подчеркивая потенциальные преимущества чЭСК по сравнению с текущей практикой, а также проблемы, которые необходимо преодолеть.

Металло, см, Джи Л., де Пабло Дж. Дж., Палечек С. П. Ретиноевая кислота и костный морфогенетический белок синергируют, чтобы эффективно направлять эпителиальную дифференцировку эмбриональных стволовых клеток человека. (2008) Стволовые клетки. 26(2):372-80. DOI: 10.1634/stemcells.2007-0501

+ развернуть аннотацию

Эмбриональные стволовые клетки человека (чЭСК) могут дифференцироваться в различные соматические линии, включая многослойный плоский эпителий, хотя молекулярные механизмы спецификации эпителия из чЭСК в настоящее время остаются неясными. Здесь мы демонстрируем новый, стадийно-специфический эффект ретиноевой кислоты (RA) на эпителиальную дифференцировку чЭСК. RA сильно повышает экспрессию кератина 18 и фактора транскрипции p63, который участвует в эпидермальном морфогенезе и спецификации эктодермы, при этом подавляя транскрипцию ранних нейральных маркеров. RA-индуцированные hESC эффективно дифференцировались в эпителиальные клетки, экспрессирующие кератин 14, хотя этот эффект зависел от контекста передачи сигналов костного морфогенетического белка. Более того, эти кератиноциты, происходящие из чЭСК, можно было пересевать для получения относительно чистых популяций кератиноцитов, которые сохраняли способность к терминальной дифференцировке. Эти данные свидетельствуют о том, что RA играет важную роль в эпителиальной дифференцировке чЭСК.

Металло, см, Мор, JC, Детцель, CJ, де Пабло, JJ, Ван Ви, BJ, Palecek, SP Инженерия микроокружения стволовых клеток. (2007) Биотехнологическая прог. 23(1):18-23. DOI: 10.1021/bp060350a

+ развернуть аннотацию

Се, Л., Металло, С., Уоррен Дж., Пилбро В., Пельтье Дж., Чжун Т., Пикус Л., Янси А., Леунг Дж., Ауниньс Дж. Г., Чжоу В. Крупномасштабное размножение дефектного по репликации аденовирусного вектора в культуре клеток PER.C6 в биореакторе с мешалкой в условиях барботирования. (2003) Биотехнология Биоинж. 83(1):45-52. DOI: 10.1002/бит.10644

+ развернуть аннотацию

Крупномасштабное размножение дефектных по репликации аденовирусных векторов на сегодняшний день изучено недостаточно. Одной из проблем эффективного размножения в больших масштабах является преодоление чувствительности инфицированных вирусом клеток к барботажу газа, необходимому для оксигенации и удаления CO(2). В наших первоначальных экспериментах было замечено, что продуктивность аденовирусного вектора была значительно снижена в условиях барботажа по сравнению с небарботажными, т.е. поверхностно-аэрированными контролями в бессывороточных культурах. Исследования привели к идентификации буфера, содержащего поверхностно-активное вещество (Полисорбат-80, PS-80), которое было включено в состав посевного материала вируса и введено в культуру при заражении вирусом в очень низкой концентрации, как причина снижения продуктивности вируса. Это открытие не было очевидным и тривиальным, так как буфер при такой низкой концентрации PS-6, равной 80% (об./об.), не влиял ни на неинфицированные, ни на инфицированные, не промытые клетки товарного знака PER.C0.00025 в бессывороточных культурах. обычный компонент бессывороточных сред для культивирования клеток. Эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что инфицированные вирусом клетки ведут себя совершенно иначе, чем неинфицированные клетки в условиях промывания. Чтобы смягчить пагубные эффекты промывания, посевной материал вируса готовили в отсутствие буфера, содержащего PS-80. В то же время концентрация Pluronic-F68 (PF-68) в бессывороточной среде повышалась до 1 г/л, при которой рост и метаболизм клеток не влияли, хотя сама по себе эта мера не приводила к продуктивности вируса. улучшение. Только при совместном применении этих двух мер потеря продуктивности вируса была полностью устранена в условиях промывания. После демонстрации устойчивости процесса в 2-литровых биореакторах этот процесс размножения аденовируса был успешно увеличен до 250 литров в 300-литровом биореакторе при наихудших условиях барботажа, предусмотренных для масштаба 10,000 XNUMX литров.

Се, Л., Пилбро, В., Металло, С., Чжун Т., Пикус Л., Леунг Дж., Ауниньс Дж. Г., Чжоу В. Бессывороточное суспензионное культивирование клеток PER.C6(R) и получение рекомбинантного аденовируса в условиях различных рН. (2002) Биотехнология Биоинж. 80(5):569-79. DOI: 10.1002/бит.10443

+ развернуть аннотацию

Рост, метаболизм и продукцию аденовирусов клеток PER.C6(R) изучали в прямом сравнении в биореакторах с мешалкой при различных условиях pH. Было обнаружено, что скорость роста клеток одинакова в диапазоне рН 7.1-7.6, тогда как длительная лаг-фаза и более медленная скорость роста наблюдались при рН 6.8. Удельные скорости потребления глюкозы и глютамина быстро снижались с течением времени во время периодического роста клеток, как и удельные скорости производства лактата и аммония. Метаболизм клеток как в инфицированных, так и в неинфицированных культурах был очень чувствителен к pH культуры, что приводило к резким различиям в потреблении глюкозы/глютамина и производстве лактата/аммония при различных условиях pH. Оказалось, что метаболизм глюкозы подавляется при низком рН, но повышается эффективность производства энергии из глюкозы. Аденовирусная инфекция приводила к глубоким изменениям в росте и метаболизме клеток. Рост клеток был в значительной степени остановлен при всех условиях pH, в то время как потребление глюкозы и производство лактата были повышены после заражения вирусом. Вирусная инфекция вызывала снижение потребления глютамина при низком рН, но увеличение при высоком рН. Было обнаружено, что оптимальный рН для продукции аденовируса составляет 7.3 в экспериментальных условиях, использованных в исследовании. Отклонения от этого оптимума приводили к значительному снижению продуктивности вируса. Результаты показывают, что рН культуры является очень важным технологическим параметром в культуре клеток PER.C6(R) и продукции аденовируса.

Кристиан Металло, доктор философии

Институт биологических исследований Солка - Публикации

все публикации

Поддержите исследования Солка

Образование

Награды и награды

Профиль

Вебсайт

Контакты