腫瘤細胞表現出獨特的代謝變化，以支持其生物量的快速積累，也稱為代謝重編程，其中脂代謝的重編程是腫瘤細胞的重要特征之一。許多代謝相關基因通過選擇性剪接以產生環(huán)狀RNA，但對它們的功能仍然知之甚少，特別是在脂代謝重編程中的作用還不是很清楚。

2022年11月22日，中國科學技術大學李啟東老師和中國科學技術大學附屬第一附屬醫(yī)院姚寒暉老師作為共同一作在Cell Reports上發(fā)表了題為“circPRKAA1 activates a Ku80/Ku70/SREBP-1 axis driving de novo fatty acid synthesis in cancer cells”的文章。該文發(fā)現AMP活化蛋白激酶（AMPK）的 α1亞基編碼的環(huán)狀RNA（circRNA）——circPRKAA1在維持肝細胞癌（HCC）脂質穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要的作用，circPRKAA1的表達通過兩種協(xié)調功能促進脂肪酸的合成并促進脂質的儲存。中科新生命參與了該研究中靶向膽汁酸和蛋白質譜檢測的相關工作。

作者首先對circPRKAA1進行鑒定和表征，已證實其確為真正的circRNA。接著作者在離體組織中發(fā)現，與癌旁正常組織相比，circPRKAA1在肝細胞癌中的表達更高。此外，作者也比較了circPRKAA1在一組HCC來源的腫瘤系和正常肝細胞中的表達。結果發(fā)現circPRKAA1的表達在某些腫瘤系（Hep3B，PLC / PRF / 5和HepG2）中升高，而其他（Huh7，HCCLM3，SK-Hep-1和SMMC-7721）表達的水平與正常細胞系（HAFF 和WRL68）相似，表明HCC細胞系的一個子集顯示出circPRKAA1表達升高（圖1）。
 

圖1 circPRKAA1的生物發(fā)生和表達表征

2. circPRKAA1促進HCC中的脂質積累

作者進一步研究了circPRKAA1在脂質合成代謝中的作用，結果發(fā)現circPRKAA1沉默和過表達時分別降低和增加細胞中游離脂肪酸(FFAs)和甘油三酯(TG)的含量，但不影響總膽固醇(TC)水平。circPRKAA1沉默后，FFA水平顯著降低，而總飽和脂肪酸(SFAs)、單不飽和脂肪酸(MUFAs)、多不飽和脂肪酸(PUFA)、n-3 PUFAs和n-6 PUFAs水平也顯著降低。在circPRKAA1沉默后，SREBP-1，ACC1，ACLY，SCD1和FASN蛋白的表達水平顯著降低，而circPRKAA1過表達則增加了它們的表達。此外，還發(fā)現circPRKAA1可能為SREBP-1（一種轉錄因子，可驅動必需脂肪酸合成酶的表達）的潛在激活劑。結果表明circPRKAA1增強了HCC細胞中脂肪酸的從頭合成和脂質積累（圖2）。
 

圖2 circPRKAA1促進細胞脂質儲存的積累

3. circPRKAA1 直接與 Ku80 和 Ku70 結合

接著作者研究了circPRKAA1是如何調節(jié)從頭脂肪酸的合成，結果發(fā)現Ku80/Ku70、mSREBP-1和circPRKAA1之間形成了四聚體復合物，且circPRKAA1在細胞核中與Ku80、Ku70和mSREBP-1相互作用。通過體外重建相互作用實驗發(fā)現circPRKAA1直接與Ku80和Ku70相互作用，而不是直接與mSREBP-1結合。通過結構預測等實驗發(fā)現完整的circPRKAA1/Ku80/Ku70復合物是先激活mSREBP-1并隨后促進脂肪酸從頭合成（圖3）。

圖3 circPRKAA1直接與Ku80和Ku70結合

4. circPRKAA1通過與Ku蛋白相互作用促進mSREBP-1的穩(wěn)定性和轉錄活性

作者進一步研究了circPRKAA1與Ku80 / Ku70的結合是如何影響mSREBP-1功能。

結果發(fā)現circPRKAA1的沉默對Ku80或Ku70蛋白水平沒有影響，且并不影響Ku80和Ku70之間的結合，但Ku80或Ku70與mSREBP-1之間的相互作用減少。circPRKAA1/Ku80/ Ku70/mSREBP-1配合物通過阻止其蛋白酶體降解從根本上維持mSREBP-1的穩(wěn)定性。表明circPRKAA1通過與Ku80/Ku70的結合，起到促進mSREBP-1穩(wěn)定的作用，并建立RNA-DNA三聯(lián)體，將復合物錨定在SREBP-1基因靶標的啟動子區(qū)域（圖4）。

圖4 circPRKAA1通過與Ku蛋白相互作用促進mSREBP-1的穩(wěn)定性和轉錄活性

5. circPRKAA1生物發(fā)生是SRSF1依賴性剪接對AMPK活性狀態(tài)的響應

在確定了circPRKAA1的下游作用之后，作者轉向識別負責觸發(fā)circPRKAA1生物發(fā)生的上游信號。結果發(fā)現抑制AMPK會增加circPRKAA1水平，表明低細胞AMPK活性是產生circPRKAA1的生理觸發(fā)因素，此外，也證實了低AMPK活性狀態(tài)以SRSF1依賴性方式誘導circPRKAA1表達的結論（圖5）。

圖5 circPRKAA1生物發(fā)生是SRSF1依賴性剪接對AMPK活性狀態(tài)的響應

6. circPRKAA1在腫瘤發(fā)生中的生物學意義

作者首先研究了調節(jié)circPRKAA1的表達對腫瘤細胞生長的影響，結果發(fā)現circPRKAA1的表達對體外和體內腫瘤細胞的生長產生積極影響。接著從臨床樣本中建立證據，以表明circPRKAA1在HCC中的表達與AMPK激活有關。結果發(fā)現p-AMPK濃度和circPRKAA1表達之間呈負相關，為人類腫瘤組織中存在AMPK-SRSF1-circPRKAA1調節(jié)軸提供了支持證據，并建立工作模型將AMPK活性、circPRKAA1生成和從頭脂肪生成聯(lián)系起來（圖6）。
 

圖6 circPRKAA1在腫瘤發(fā)生中的生物學意義

  小編小結  

本文證明了circPRKAA1通過與Ku蛋白相互作用促進mSREBP-1穩(wěn)定性和轉錄活性的機制和作用。circPRKAA1有助于脂肪酸的從頭生物合成，表明circPRKAA1是AMPK調控腫瘤細胞脂質代謝重編程的重要組成部分。circPRKAA1升高可能在HCC中起腫瘤啟動子作用，靶向circPRKAA1可能為HCC提供新的治療機會，此項研究具有重要的理論和臨床意義。