Lipid metabolism and cancer
Xueli Bian, Rui Liu, Ying Meng, Dongming Xing, Daqian Xu, and Zhimin Lu
J. Exp. Med. 2020 Vol. 218 No. 1
https://doi.org/10.1084/jem.20201606
Метаболизм липидов и онкология
Перевод: Н. Готманова Редактура: Д. Храброва
Список сокращений: ЖК – жирные кислоты, ОЖК – окисление ЖК, ЭР – эндоплазматический ретикулум, цикл TCA – цикл трикарбоновых кислот, ПАПЖ – протоковая аденокарцинома поджелудочной железы, ГЦК – гепатоцеллюлярная карцинома, ОМЛ – острый миелоидный лейкоз, НМРЛ – немелкоклеточный рак легкого, МРЛ – мелкоклеточный рак легкого
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ
Нарушение регуляции липидного обмена является одним из наиболее заметных метаболических изменений при развитии рака. Раковые клетки используют липидный метаболизм для получения энергии, компонентов биологических мембран и сигнальных молекул, необходимых для пролиферации, выживания, инвазии, метастазирования и ответа на воздействие микроокружения опухоли и терапию. Здесь мы обобщаем и обсуждаем современные знания об успехах, достигнутых в понимании регуляции липидного обмена в раковых клетках, и представляем различные подходы, которые использовались в клинических испытаниях для нарушения липидного обмена при терапии рака.
ВВЕДЕНИЕ
Липиды, наряду с белками и нуклеиновыми кислотами, являются важнейшими компонентами биологических мембран и строительными блоками клеток. Кроме того, липиды используются при накоплении энергии, играют важную роль в метаболизме, а также участвуют в качестве сигнальных молекул во многих клеточных процессах. Регуляция липидного метаболизма, а именно стадии поглощения, синтеза и гидролиза липидов, имеет важное значение для поддержания клеточного гомеостаза (Röhrig and Schulze, 2016). Раковые клетки находятся в микроокружении опухоли, где доступность питательных веществ постоянно меняется по мере прогрессирования. Они используют липидный метаболизм для поддержания быстрой пролиферации, выживания, миграции, инвазии и метастазирования.
Гликолипиды и фосфолипиды (последние подразделяются на фосфоглицериды и сфинголипиды) вместе с холестерином представляют собой основные компоненты биологических мембран. Холестерин также является субстратом для синтеза жирорастворимых витаминов и стероидных гормонов (Luo et al., 2020). Жирные кислоты (ЖК), основные компоненты гликолипидов и фосфолипидов, могут вступать в реакцию этерификации с глицерином с образованием триглицеридов. Последние представляют собой неполярные липиды, синтезируемые и хранящиеся в липидных каплях и гидролизуемые с образованием АТФ путем окисления ЖК (ОЖК или β-окисление) в условиях энергетического стресса. Помимо участия в энергообмене и построении мембран, липиды также играют роль вторичных мессенджеров. Эти сигнальные молекулы синтезируются в результате фосфолипаз-зависимого гидролиза мембранных липидов и синтеза из незаменимых ЖК, доступность которых в значительной степени определяется липидами в рационе (Park et al., 2012). Фосфолипазы (PLC, PLD и PLA) способны генерировать множество биологически активных сигнальных молекул, таких как диацилглицериды, фосфатидная кислота, лизофосфатидная кислота и арахидоновая кислота. Эти молекулы запускают активацию различных метаболических путей: RAS, фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3Ks), протеинкиназы C, RAC, RHO, которые могут способствовать онкогенезу. Этот аспект широко обсуждался ранее и не рассматривается в данном обзоре (Moolenaar and Perrakis, 2011; Park et al., 2012). Кроме того, стеролы, включая оксистерол и холестерин, являются ключевыми регуляторами транскрипционного фактора SREBP (Sterol Regulatory Element (SRE)-Binding Protein), управляющего экспрессией ряда генов. Таким образом, уровни стеролов влияют на липогенез при раке. Холестерин является компонентом сигнальных липидных рафтов, а также может ковалентно модифицировать белки Hedgehog и Smoothened, активируя Hedgehog-сигнализацию (Porter et al., 1996; Xiao et al., 2017).
В настоящем обзоре мы обобщаем и обсуждаем современные знания о регуляции уровня липидов (жиров и холестерина), липогенезе и ОЖК-зависимом липолизе в раковых клетках. Заключительный раздел мы посвящаем обсуждению различных подходов, которые могут быть использованы для нарушения липидного обмена в раковых клетках при терапии.
Поглощение липидов
Поглощение ЖК
Млекопитающие продуцируют только определенные ЖК, несущие двойные связи в положении Δ9 углеводородной цепи. Другие жиры, особенно полиненасыщенные, являются незаменимыми и поступают с пищей (Nakamura and Nara, 2004). Известные мембранные белковые транспортеры ЖК включают кластер дифференцировки 36 (CD36; транслоказа ЖК), семейство белков-переносчиков ЖК (SLC27) и белки, связывающие ЖК плазматической мембраны (FABP). Все эти белки демонстрируют повышенную экспрессию генов в опухолях (Su and Abumrad, 2009).
Высокий уровень экспрессии CD36 коррелирует с неблагоприятным прогнозом у пациентов с раком молочной железы, яичников, желудка и предстательной железы (Koundouros and Poulogiannis, 2020). Делеция Cd36 в предстательной железе восприимчивых к раку Pten-/- мышей либо в тканях молочной железы мышей MMTV-neu ослабляла усиленное поглощение ЖК при раке и смягчала течение болезни (Feng et al., 2019; Watt et al., 2019). У больных раком молочной железы экспрессия CD36 увеличивается после анти-HER2 терапии и коррелирует с низкой выживаемостью. Соответственно, в устойчивых к лапатинибу (ингибитору HER2) клетках рака молочной железы поглощение ЖК увеличивается, а ингибирование CD36 подавляет рост устойчивых (но не чувствительных) к лапатинибу опухолевых клеток (Feng et al., 2019). Соблюдение диеты с высоким содержанием жиров индуцировало NF-κB-зависимую экспрессию CD36 и вызывали O-Glc-N-ацетилирование CD36 по остаткам S468 и T470, что усиливало поглощение ЖК и метастазирование рака желудка у мышей (Jiang et al., 2019). Сероводород, участвующий в метастазировании рака, стимулирует экспрессию CD36 и подавляет образование дисульфидных связей C333-C272 в CD36. Это индуцирует необходимую для связывания длинноцепочечных ЖК конформацию CD36, тем самым способствуя поглощению ЖК и ускоряя метастазирование рака желудка (Wang et al., 2019). Пальмитиновая кислота способствует миграции и инвазии раковых клеток желудка посредством CD36-зависимой активации сигнального пути протеинкиназы B (PKB, также известной как AKT)/β-катенина. В то же время, олеиновая кислота из пищи усиливает экспрессию CD36 и зависимую от ее уровня активацию пути Src-ERK1/2, что способствует пролиферации клеток рака шейки матки (Pan et al., 2019; Yang et al., 2018). Пальмитиновая кислота или диета с высоким содержанием жиров могут специфически повысить метастатический потенциал инициирующих метастазирование раковых клеток полости рта с высокой экспрессией CD36. Блокада CD36 нейтрализующими антителами ингибирует метастазирование раковых клеток полости рта у мышей (Pascual et al., 2017), что указывает на роль пищевых липидов и CD36 в метастазировании опухоли.
Использование раковыми клетками тех или иных экзогенных липидов для обеспечения потребности в ненасыщенных ЖК, вероятно, зависит от уровня кислорода и типа экспрессируемого онкогена; при этом, потребность в различных типах липидов неодинакова (Snaebjornsson et al., 2020). Для гипоксических опухолевых клеток характерен повышенный импорт ЖК, зависящий от HIF-1α (Hypoxia-Inducible Factor-1α)-индуцируемой экспрессии FABP3/7, что сопровождается подавлением синтеза ЖК de novo, поскольку снижается катаболизм глюкозы до ацетил-CoA (Bensaad et al., 2014). В сравнении с экспрессией myrAKT, которая усиливает синтез ЖК de novo, онкогенная экспрессия H-RasV12G или K-RasG12D в нормоксических условиях воспроизводит гипоксическое состояние и восстанавливает потребность клеток в поглощении липидов. Среди них лизофосфолипиды, содержащие моно- или полиненасыщенные ацильные цепи, усваиваются в гораздо большей степени, чем фосфолипиды и насыщенные лизофосфолипиды (Кампхорст и др., 2013). Помимо того, что адипоциты являются поставщиками крови, в микроокружении опухоли они также поставляют внеклеточные ЖК для опухолевых клеток. Экспрессия FABP4 была обнаружена в клетках рака яичников на границе адипоцит-опухолевая клетка. Метастатические сальниковые клетки яичников активируют липолиз в адипоцитах с образованием свободных ЖК, которые впоследствии может секретироваться и поглощаться раковыми клетками зависимым от FABP4 образом для усиления ОЖК и быстрого роста опухоли (Gharpure et al., 2018; Nieman et al., 2011). Кроме того, сальниковые адипоциты индуцируют экспрессию CD36 и последующее накопление липидов в раковых клетках яичников. Ингибирование CD36 ослабляло индуцированное адипоцитами накопление холестерина и липидных капель в клетках рака яичников, перитонеальную диссеминацию опухолевых клеток и рост опухоли (Ladanyi et al., 2018). Подобно адипоцитам, фибробласты, дифференцированные из звездчатых клеток поджелудочной железы и ассоциированные с раком фибробласты в протоковой аденокарциноме поджелудочной железы (ПАПЖ), секретируют липиды, включая лизофосфатидилхолины, для поглощения раковыми клетками и синтеза фосфатидилхолинов. Кроме того, секретируемый клетками ПАПЖ фермент аутотаксин гидролизует лизофосфатидилхолины до лизофосфатидиновой кислоты, генерируя внеклеточный сигнал, способствующий пролиферации и миграции клеток ПАПЖ (Auciello et al., 2019). Таким образом, гипоксия, сверхэкспрессия транспортеров ЖК в опухолевых клетках, экспрессия специфического онкогена и модулируемые опухолевыми клетками стромальные клетки, включая адипоциты и фибробласты, могут индуцировать поглощение внеклеточных ЖК опухолевыми клетками и создавать митогенные сигналы для поддержания пролиферации опухоли.
Поглощение холестерина
Пищевой холестерин поглощается мембранным белком энтероцитов кишечника NPC1L1 (Niemann-Pick type C1–Like 1) (Altmann et al., 2004), в которых этерифицируется ацилCoA:холестериновыми ацилтрансферазами (ACATs; также известные как стерол-О-ацилтрансферазы) для усвоения печенью (Ko et al., 2004). др., 2020). Печень, основной орган биосинтеза холестерина, поставляет холестерин в виде липопротеинов очень низкой плотности в кровоток, где липопротеины очень низкой плотности преобразуются в липопротеины низкой плотности (ЛПНП) для поглощения рецепторами ЛПНП (LDLR) в периферических клетках. Поглощенный клетками холестерин в конечном итоге достигает ЭР для потребления, транспорта или этерификации (Goldstein and Brown, 2009).
Экспрессия LDLR положительно коррелирует с неблагоприятным прогнозом у пациентов с мелкоклеточным раком легкого (МРЛ), раком молочной железы и ПАПЖ. Подавление экспрессии LDLR в HER2-сверхэкспрессирующих клетках рака молочной железы и клетках ПАПЖ снижало поглощение холестерина и рост опухоли у мышей с гиперлипидемией (Gallagher et al., 2017; Guillaumond et al., 2015; Zhou et al., 2017). Кроме того, экспрессия LDLR транскрипционно регулируется мутантом vIII рецептора EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor)/PI3K-активируемым SREBP1 в глиобластоме (Guo et al., 2011). Удаление PTEN и последующая активация PI3K/AKT в клетках рака предстательной железы в значительной степени усиливали поглощение экзогенных ЛПНП, необходимых для роста опухоли (Yue et al., 2014). Эти результаты подчеркивают, что опосредованное ЛПНП поглощение холестерина играет важную роль в пролиферации некоторых типов раковых клеток.
Липогенез
В нормальной ткани липогенез в основном ограничен гепатоцитами и адипоцитами. Тем не менее, раковые клетки активируют липогенез в силу своей высокой метаболической потребности даже в присутствии экзогенных источников липидов, а также в ответ на дефицит липидов сывороточного происхождения в микроокружении опухоли (Röhrig and Schulze, 2016). Основным субстратом для синтеза липидов является цитоплазматический ацетил-CoA, который может быть получен из цитрата с помощью АТФ-цитратлиазы (ACLY) или из ацетата с помощью ацетил-CoA-синтетазы (ACSS; Li et al., 2017a). Из атомов углерода глюкозы и глутамина образуется цитрат (Li et al., 2016b; Metallo et al., 2011; рис. 1).
https://drive.google.com/file/d/18SctKYEA1IIa4zaDX8InWGc6AaCtzIF8/view?usp=share_linkРис. 1. Производство цитоплазматического ацетил-CoA для синтеза липидов. Цитоплазматический ацетил-CoA образуется из цитрата, генерируемого ACLY, и ацетата, генерируемого ACSS. Глюкоза и глутамин способствуют образованию цитрата в результате окисления митохондриального пирувата в цикле TCA и восстановительного карбоксилирования, соответственно. PDH, пируватдегидрогеназа; α-KG, α-кетоглутарат; GLS, глутаминаза; PM, плазматическая мембрана.
Полученный из глюкозы пируват превращается в ацетил-CoA с помощью пируватдегидрогеназы. Далее следует опосредованное цитратсинтазой образование цитрата, который затем экспортируется в цитоплазму из митохондрий с помощью митохондриальных транспортеров цитрата. Глутамин превращается в α-кетоглутарат цитоплазматической глутаминазой 1 (GLS1) или митохондриальной GLS2. Затем цитоплазматическая изоцитратдегидрогеназа 1 (IDH1) либо митохондриальная IDH2 продуцируют изоцитрат, который конвертируется в цитрат. Поскольку и ЖК, и холестерин синтезируются из ацетил-CoA посредством серии реакций, уровни ацетил-CoA являются определяющим фактором при производстве липидов (рис. 2).
Ацетил-CoA-продуцирующие ферменты ACLY и ACSS
ACLY
ACLY катализирует превращение цитрата и CoA в оксалоацетат и ацетил-CoA, соответственно. Путем ингибирования ACLY бемпедоевая кислота снижает уровень холестерина ЛПНП у пациентов (Giral, 2020), демонстрируя критическую роль ACLY в липогенезе. Сверхэкспрессия или повышенная активность ACLY коррелирует с прогрессированием опухоли при глиобластоме, колоректальном раке, раке молочной железы, раке легких и гепатоцеллюлярной карциноме (ГЦК). Сниженная экспрессия ACLY уменьшает жизнеспособность и подавляет пролиферацию опухолевых клеток, инвазию и метастазирование при различных типах рака (Hatzivassiliou et al., 2005; Khwairakpam et al., 2020).
ACLY, транскрипционно регулируемая SREBP1, аллостерически активируется интермедиатом гликолиза фруктозо-6-фосфатом и ингибируется цитратом в высоких концентрациях посредством гомотропной аллостерической регуляции. Цитрат-зависимое ингибирование устраняется фосфорилированием ACLY по остатку S455 с помощью AKT или протеинкиназы A (PKA; Berwick et al., 2002; Potapova et al., 2000). Убиквитинлигаза Cullin3-KLHL25 нацеливает ACLY на деградацию и ингибирует синтез липидов и прогрессирование опухоли (Zhang et al., 2016). В условиях высокого содержания глюкозы убиквитинирование и деградация ACLY, стимулируемые сиртуин-2 (SIRT2)-деацетилазой, ингибируются ацетилированием по K540, K546 и K554 лизинацетилтрансферазой 2B (KAT2B, также известной как PCAF). Это ацетилирование усиливается при раке легких человека и способствует липогенезу и росту опухоли (Lin et al., 2013). Кроме того, IKKβ-фосфорилированная ACLY связывается с IKKβ-фосфорилированной и стабилизированной убиквитин-специфической протеазой–30 (USP30), которая деубиквитинирует и стабилизирует ACLY в клетках ГЦК (Gu et al., 2020). В опухолях печени, индуцированных диэтилнитрозамином (DEN)/CCl4 у мышей, делеция USP30 подавляла липогенез, воспаление и рост опухоли (Gu et al., 2020).
В дополнение к участию в цитоплазматическом метаболизме липидов, транслоцированная в ядро ACLY генерирует ацетил-CoA для ацетилирования гистонов и регуляции транскрипции генов (Wellen et al., 2009). В клетках меланомы ACLY усиливает ацетилирование гистонов ацетилтрансферазой p300, тем самым способствуя митохондриальному биогенезу, опосредованному коактиватором PPARγ (PGC) 1α, для клеточной пролиферации (Guo et al., 2020). В клетках ПАПЖ, глиомы и рака предстательной железы факторы роста или онкогенная экспрессия K-Ras стимулируют сигнализацию AKT–ACLY, ацетилирование гистонов, клеточную пролиферацию и рост опухоли (Carrer et al., 2019; Lee et al., 2014). При повреждении ДНК ATM-AKT-индуцированное фосфорилирование ядерной ACLY S455 способствует ацетилированию гистонов в местах двухцепочечных разрывов, обеспечивая рекрутирование BRCA1 и репарацию ДНК путем гомологичной рекомбинации (Sivanand et al., 2017). Таким образом, ACLY-опосредованная продукция ацетил-CoA играет решающую роль в многочисленных клеточных активностях как в цитоплазме, так и в ядре.
ACSS2
ACSS продуцирует ацетил-CoA из ацетата и CoA. ACSS1 и ACSS3 являются митохондриальными белками, а ACSS2 локализован в цитоплазме и ядре (Li et al., 2017b). ACSS2, которая транскрипционно регулируется SREBP, экспрессируется в значительной доле опухолей человека и имеет решающее значение в превращении ацетата для поддержания роста раковых клеток, особенно при метаболическом стрессе (Comerford et al., 2014; Luong et al., 2000). Ацетат может продуцироваться из фруктозы кишечной микробиотой, и истощение микробиоты либо угнетение активности печеночной ACSS2 подавляет превращение болюсной фруктозы в печеночный ацетил-CoA и ЖК (Jang et al., 2018; Zhao et al., 2020). Кроме того, подавление активности или дефицит ACSS2 в значительной степени ингибирует рост опухолевых клеток и образование опухоли у мышей, подчеркивая критическую роль потребления ацетата в производстве липидной биомассы для роста опухоли (Mashimo et al., 2014; Schug et al., 2015).
Ограниченное количество кислорода, сыворотки или глюкозы стимулирует локализацию ACSS2 в ядре (Bulusu et al., 2017; Li et al., 2017a, b). Дефицит глюкозы способствует фосфорилированию ACSS2 по S659, опосредованному 5'AMP-активированной протеинкиназой (AMPK), что приводит к экспонированию сигнала ядерной локализации ACSS2 и ядерной транслокации в клетках глиобластомы. В комплексе с фактором транскрипции EB ACSS2 активирует экспрессию генов, ассоциированных с лизосомами и аутофагосомами, локально продуцируя ацетил-CoA для ацетилирования гистона H3 в промоторных областях этих генов с использованием ацетата, высвобождаемого при деацетилировании гистонов. Это приводит к стимуляции биогенеза лизосом и аутофагии, повышению выживаемости клеток и росту опухоли головного мозга (Li et al., 2017a, b). Кроме того, ACSS2 усиливает экспрессию и активацию X-рецептора печени (LXR)/ретиноидного Х-рецептора, способствуя липогенезу во время длительного голодания (Huang et al., 2018). Анализ образцов опухолей человека показал, что фосфорилирование ACSS2 S659 положительно коррелировало со злокачественностью глиомы и низкой выживаемостью пациентов с немелкоклеточным раком легкого (НМРЛ) (Li et al., 2017b; Yang et al., 2019), тогда как высокая экспрессия ACSS1/2 приводила к усилению ацетилирования гистона H3 и экспрессии ЖК-синтазы (FASN) у пациентов с ГЦК (Bulusu et al., 2017). Эти данные свидетельствуют о двойной роли ACSS2: в непосредственном участии в липогенезе de novo, а также в эпигенетической регуляции экспрессии генов для стимуляции лизосомального биогенеза, аутофагии и метаболизма липидов.
Ферменты биосинтеза ЖК
Ацетил-CoA карбоксилаза (АСС)
ACC, фермент, лимитирующий скорость синтеза ЖК, катализирует карбоксилирование ацетил-CoA в малонил-CoA (рис. 2; Wei and Tong, 2015). ACC млекопитающих имеет две тканеспецифичные изоформы: ACC1 (также известная как ACCα, кодируемая ACACA) и ACC2 (также известный как ACCβ, кодируемый ACACB). ACC1 – цитоплазматический фермент, преимущественно экспрессирующийся в липогенных тканях (печень и жировая ткань) и имеющий решающее значение для синтеза ЖК. Напротив, ACC2 интегрирована во внешнюю мембрану митохондрий и в основном экспрессируется в окислительных тканях (сердце и скелетные мышцы). Вырабатываемый ACC2 малонил-CoA ингибирует карнитинпальмитоилтрансферазу I (CPT1, также известную как пальмитоил-CoA трансфераза I, CAT1 или CCAT), что контролирует лимитирующую стадию поглощения ЖК и ОЖК митохондриями (Luo et al., 2012).
Высокий уровень экспрессии ACC1 характерен для различных видов рака человека, включая рак молочной железы, предстательной железы, печени и желудка, а ген ACACA присутствует в рекуррентных ампликонах, ассоциированных со снижением выживаемости пациентов с раком молочной железы (Chin et al., 2006; Luo et al., 2012). Угнетение экспрессии ACC1 снижает синтез ЖК и индуцирует апоптоз опухолевых клеток предстательной железы и молочной железы, но не незлокачественных клеток (Brusselmans et al., 2005). ACC1 транскрипционно регулируется SREBP, а на уровне синтеза белка – сложной взаимосвязью фосфорилирования, связывания аллостерических регуляторов и межбелковых взаимодействий (Koundouros and Poulogiannis, 2020). AMPK фосфорилирует ACC1 по S79 и ACC2 по S212, ингибируя их активность, тогда как экспрессия нефосфорилируемых мутантов ACC1/2 усиливает липогенез и повреждения печени у мышей, а также пролиферацию раковых клеток печени человека (Ha et al., 1994; Lally et al., 2019). Кроме того, лептиновая и TGFβ-опосредованная сигнализация индуцирует 1-AMPK-опосредованное ингибирование ACC1 TGFβ-активируемой киназой (TAK). Это приводит к повышению концентрации клеточного ацетил-CoA, ацетилированию и активации Smad2, а также инвазии клеток рака молочной железы и метастазированию. Эти результаты свидетельствуют о том, что точная настройка активности ACC1 имеет решающее значение для сбалансированного синтеза ЖК и других клеточных активностей (Rios Garcia et al., 2017). ACC1 аллостерически активируется связыванием цитрата и ингибируется связыванием пальмитоил-CoA и других жирных ацил-CoA, а также С-концевых доменов BRCA1 (BRCT) (Hunkeler et al., 2018). Мутация BRCA1, ассоциированная с предрасположенностью к наследственному раку, либо стимуляция инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1) нарушает взаимодействие между BRCA1 и неактивной фосфорилированной ACC. Следовательно, ACC дефосфорилируется и активируется для синтеза ЖК (Koobotse et al., 2018; Moreau et al., 2006). Для ингибирования лизосомальной деградации фермента в клетках рака предстательной железы ACC стабилизирована за счет взаимодействия с пептидил-пролил цис-транс изомеразой PIN1. Аналогичный феномен наблюдается и при взаимодействии с альдо-кеторедуктазой семейства 1 B10 (AKR1B10) для ингибирования убиквитин-зависимой деградации ACC в клетках рака молочной железы (Ma et al., 2008; Ueda et al., 2019). Выработка ACC1 и последующий синтез ЖК de novo также могут регулироваться экспрессией кальций/кальмодулин-зависимой протеинкиназы киназы 2 (CAMKK2) в клетках рака предстательной железы, вероятно, трансляционно-зависимым образом (Penfold et al., 2018). ACC1 также образует комплекс с CPT1 и предотвращает его локализацию в митохондриях в условиях достаточного количества питательных веществ. Во время метаболического стресса фосфорилированная ACC1 диссоциирует из комплекса с CPT1, который транслоцируется в митохондрии для ОЖК, тем самым поддерживая выживаемость клеток ГЦК (Wang et al., 2016).
Белок ACC2 обильно экспрессируется в клетках ларингокарциномы, и уровень экспрессии ACC2 положительно связан с клинической стадией рака и снижением 5-летней выживаемости (Li et al., 2019a). При избытке питательных веществ белок PHD3 (Prolyl Hydroxylase Domain protein 3) гидроксилируется и активирует ACC2, тем самым подавляя ОЖК. При остром миелоидном лейкозе (ОМЛ) уровень экспрессии PHD3 резко снижается, способствуя повышению уровня ОЖК, что стимулирует пролиферацию клеток ОМЛ и усугубляет тяжесть заболевания (German et al., 2016).
FASN
FASN конденсирует одну молекулу ацетил-CoA с семью молекулами малонил-CoA в 16-углеродный пальмитат (C16:0; рис. 2). Сверхэкспрессия и гиперактивность FASN зачастую наблюдаются при многих видах эпителиального рака человека и соответствующих пренеопластических поражениях и коррелируют с более высоким риском как рецидива рака, так и смертности (Menendez and Lupu, 2007). Было показано, что экспрессия FASN стимулируется потерей PTEN, стероидными гормонами и активацией EGFR и ERBB2 посредством сигнальных каскадов PI3K-AKT и ERK1/2 (Menendez and Lupu, 2007; Yang et al., 2002b). Ассоциированная с опухолью сверхэкспрессия FASN регулируется преимущественно на уровне транскрипции фактором SREBP1 (Rawson, 2003). Посттрансляционная регуляция FASN проявляется во взаимодействии фермента с регулируемой андрогенами и сверхэкспрессируемой при раке предстательной железы USP2a, а также с USP30 в клетках ГЦК. Оба белка деубиквитинируют и стабилизируют FASN (Graner et al., 2004; Gu et al., 2020). FASN может подвергаться ацетилированию KAT8 и деацетилированию HDAC3. Ацетилирование FASN усиливает ее ассоциацию с убиквитинлигазой TRIM21 для деградации и часто снижается в образцах ГЦК человека с повышенной экспрессией HDAC3 (Lin et al., 2016). Белок-супрессор опухоли POZ является еще одной убиквитинлигазой, модифицирующей FASN. Мутанты белка POZ, обычно встречающиеся при раке предстательной железы, не способны связываться с FASN, тем самым повышая экспрессию FASN и накопление липидов в клетках рака предстательной железы (Gang et al., 2019). Стабильность FASN также регулируется ее сумоилированием, которое защищает FASN от протеасомной деградации в клетках рака молочной железы (Floris et al., 2020).
Ингибирование FASN подавляет синтез ЖК и индуцирует накопление малонил-CoA, ингибируя CPT1-опосредованное ОЖК и вызывая последующую остановку клеточного цикла и апоптоз опухолевых клеток (Bandyopadhyay et al., 2006; Menendez and Lupu, 2007). Ингибирование FASN изменяет фосфолипидный состав мембраны, ее структуру и текучесть, а также влияет на образование липидных рафтов, тем самым нарушая корректную локализацию и/или функционирование рецепторов тирозинкиназы, таких как EGFR и ERBB2 (Menendez and Lupu, 2007). Ингибирование FASN также подавляет пальмитат-зависимое пальмитоилирование и активацию ассоциированного с плазматическими мембранами и митохондриями EGFR, что приводит к убиквитилированию EGFR, отмене EGFR-активируемого слияния митохондрий, замедлению роста опухоли и повышению чувствительности раковых клеток к ингибиторам EGFR (Ali et al., 2018; Bollu et al., 2014). Сверхэкспрессия FASN снижает уровень E-twenty six (ets)-ДНК-связывающего белка PEA3, негативного регулятора транскрипции гена HER2, и, следовательно, усиливает продукцию мРНК HER2 (Menendez et al., 2004; Xing et al., 2000). Хотя для внутрипеченочной холангиокарциномы характерна нечувствительность к истощению FASN, что, вероятно, объясняется интенсивной экспрессией белков, связанных с поглощением ЖК, и стабильным потреблением длинноцепочечных ЖК, абляция FASN значительно отсрочивала образование ГЦК у мышей. Примечательно, что дефицит FASN способствует ядерной транслокации и активации SREBP2 для холестерогенеза. Ингибирование SREBP2 в сочетании с абляцией FASN полностью предотвращало гепатокарциногенез у мышей, вызванный дефицитом PTEN/c-Met (Che et al., 2020; Li et al., 2016a), подчеркивая критическую роль FASN-зависимого синтеза ЖК и SREBP2-опосредованного холестерогенеза в развитии ГЦК.
Стеароил-CoA десатураза (SCD)
SCD (SCD1 и SCD5/hSCD2 у людей) является скорость-лимитирующим ферментом ЭР, катализирующим образование двойной связи в положении Δ9 в стеариновой кислоте (C18:0) и, в меньшей степени, пальмитиновой кислоте (C16:0), с образованием мононенасыщенной олеиновой кислоты (С18:1) и пальмитолеиновой кислоты (С16:1) соответственно (Snaebjornsson et al., 2020; рис.2).
Для функционирования SCD требуется NADPH и кислород, поэтому в условиях гипоксии раковые клетки в большей степени зависят от экзогенного поступления липидов, содержащих ненасыщенные ЖК. Когда клетки лишены экзогенных липидов, последующее ингибирование SCD1 индуцирует как ферроптоз, так и апоптоз. Ингибирование SCD1 снижает уровень CoQ10, эндогенного мембранного антиоксиданта, дефицит которого был связан с ферроптозом. Сопутствующие нехватка ненасыщенных жирных ацильных цепей и повышение содержания длинноцепочечных насыщенных церамидов в фосфолипидах мембран, включая мембрану ЭР, приводят к запуску клеточного ответа на неправильно свернутые белки, стрессу ЭР и апоптозу (Ackerman and Simon, 2014; Tesfay et al., 2019). Ингибирование десатурации ЖК ухудшает митохондриальное дыхание, что приводит к окислительному стрессу, и уменьшает включение мононенасыщенных ЖК (МНЖК) в кардиолипины, специфический класс липидов, присущих исключительно внутренней мембране митохондрий. Эти липиды связывают цитохром C и предотвращают его высвобождение из мембраны митохондрий. Таким образом, ингибирование SCD способствует усиленному высвобождению цитохрома C и апоптозу (Peck and Schulze, 2016; Potze et al., 2016).
Активированный EGFR в клетках рака легкого фосфорилирует SCD1 по Y55 для стабилизации экспрессии фермента, что приводит к повышению уровня МНЖК и росту опухоли легкого у мышей (Zhang et al., 2017a). В клетках лимфомы Беркитта сверхэкспрессированный Myc индуцирует активацию сенсора стресса ЭР IRE1 (Inositol-Requiring Enzyme 1) и транскрипционного фактора X-box, связывающего белок 1 (XBP1). Эти события последовательно запускают экспрессию SCD1 для поддержания гомеостаза ЭР и выживания клеток (Xie et al., 2018).
Сверхэкспрессия SCD1 также была обнаружена при ГЦК. С данным явлением ассоциированы клиническая реакция пациентов с ГЦК на лечение сорафенибом и более короткая безрецидивная продолжительность жизни. Подавление активности SCD1 приводит к дифференцировке клеток-инициаторов опухоли печени посредством запуска ответа на неправильно свернутые белки, индуцированного стрессом ЭР. Это вызывает повышенную чувствительность к сорафенибу (Ma et al., 2017). Подавление или ингибирование активности SCD1 в моделях ксенотрансплантированных мышей также уменьшало образование опухолей, полученных из клеток рака желудка, толстой кишки, легких и предстательной железы человека (Snaebjornsson et al., 2020), подчеркивая критическую роль SCD1 в развитии опухоли.
Ферменты биосинтеза холестерина
3-гидрокси-3-метилглутарил (HMG)-CoA редуктаза млекопитающих (HMGCR)
HMGCR, скорость-лимитирующий фермент мевалонатного пути биосинтеза холестерина, является ЭР-локализованным гликопротеином и преобразует HMG-CoA в мевалонат (рис. 2; Liscum et al., 1985). Регуляция HMGCR достигается на транскрипционном, посттранскрипционном, трансляционном и посттрансляционном уровнях. Транскрипция гена HMGCR активируется SREBP2, тогда как трансляция мРНК может блокироваться неизвестными нестероловыми метаболитами мевалоната (Luo et al., 2020; Nakanishi et al., 1988). Кроме того, HNRNPA1 регулирует альтернативный сплайсинг HMGCR, усиливая экспрессию транскрипта, лишенного экзона 13. Данная сплайсоформа HMGCR обладает пониженной ферментативной активностью (Yu et al., 2014). Деградация HMGCR может быть индуцирована стероидами, в основном оксистеролами и метилированными стеролами, а также членами семейства витамина Е δ-токотриенолом и γ-токотриенолом. Накопление стеролов в клетках стимулирует связывание белка INSIG (INSulin-Induced Gene) со стерол-чувствительным доменом HMGCR и последующее убиквитилирование и деградацию HMGCR с участием множества убиквитинлигаз, комплекса GP78, TRC8 (также известного как RNF139) и RNF145 (Luo et al., 2020). В условиях гипоксии HIF-1α активирует транскрипцию INSIG2, вызывая деградацию HMGCR и ингибируя биосинтез холестерина в печени (Hwang et al., 2017). AMPK фосфорилирует HMGCR по S872 и ингибирует HMGCR-зависимый биосинтез холестерина (Clarke and Hardie, 1990; Сато и др., 1993). SIRT1, экспрессия которого подавляется miR-34a, микроРНК, сверхрегулированной при неалкогольном ожирении печени, деацетилирует и активирует LKB1, запуская LKB1-AMPK-сигнализацию для ингибирования HMGCR (Min et al., 2012; Ruderman et al., 2010).
Уровень экспрессии HMGCR повышается при различных типах рака, включая рак желудка, глиобластому и рак предстательной железы. Сверхэкспрессия HMGCR способствует пролиферации и миграции данных типов раковых клеток, в то время как нокдаун HMGCR сдерживает онкогенез. Ингибирование HMGCR использовалось при лечении солидных типов рака и рака крови, а также рака с лекарственной резистентностью (Kong et al., 2018; Lee et al., 2018; Yang et al., 2020). Интересно, что лечение липофильным ингибитором HMGCR симвастатином снижало уровень геранилгеранилдифосфата, продуцируемого мевалонатным путем и необходимого для пренилирования белков, и, соответственно, уровень пренилирования малой гуанозинтрифосфатазы Rab5 в антиген-презентующих клетках. Это приводило к задержке созревания эндосом, длительному удерживанию антигена, усилению презентации антигена и антигенспецифическому противоопухолевому иммунитету. Кроме того, лечение симвастатином значительно усиливает эффекты противораковой вакцинации и взаимодействует с анти-PD-1-антителами при лечении опухолей (Xia et al., 2018). Эти результаты подчеркивают потенциал мевалонатного пути в роли мишени для улучшения эффективности иммунной терапии рака.
Сквален-монооксигеназа (SM)
SM (кодируемая геном SQLE), второй после HMGCR скорость-лимитирующий ЭР-фермент биосинтеза холестерина, преобразует нестерольный интермедиат сквален в 2,3(S)-оксидосквален (рис. 2). Подобно HMGCR, SM также является мишенью SREBP2 (Sharpe and Brown, 2013). SM имеет холестерин-чувствительный домен (первые N-концевые 100 а.о., обозначаемые SM N100). Этот домен регулирует протеасомную деградацию SM строго холестеринзависимым образом (процесс не опосредуется INSIG, 24,25-дигидроланостеролами или оксистеролами с боковой цепью) (Chua et al., 2017; Gill et al., 2011; Padyana et al., 2019). Холестерин-активируемая деградация SM опосредуется мембранной RING-E3-лигазой MARCH6; последняя одновременно стабилизируется холестерин-зависимым ингибированием аутоубиквитинирования (Sharpe et al., 2019; Zelcer et al., 2014). Сквален как непосредственный предшественник холестерина напрямую связывается с областью N100, тем самым ослабляя взаимодействие SM с MARCH6 и убиквитинирование SM (Yoshioka et al., 2020). В отличие от холестерина, ненасыщенные ЖК, такие как олеат, могут стабилизировать SM путем ингибирования MARCH6-опосредованной деградации (Stevenson et al., 2014), тем самым поддерживая синтез холестерина.
Локус SQLE имеет повышенное число копий гена при многих видах рака. была обнаружена при ГЦК, индуцированной неалкогольным ожирением печени, и ассоциирована с радиорезистентностью при раке поджелудочной железы. Также сверхэкспрессия SQLE ассоциирована с прогрессированием или неблагоприятным прогнозом при раке молочной железы, предстательной железы, колоректальном раке и плоскоклеточном раке легких (Brown et al., 2016; Cirmena et др., 2018; Liu et al., 2018). Кроме того, пролиферация клеток МРЛ чувствительна к ингибированию SM. Данный эффект возникает в результате токсического накопления субстрата SM сквалена, а не в силу ингибирования биосинтеза холестерина (Mahoney et al., 2019). Утрата экспрессии SM, обнаруженая в ALK (Anaplastic Lymphoma Kinase)-положительных клетках анапластической крупноклеточной лимфомы, способствует ауксотрофии холестерина и делает эти клетки зависимыми от ЛПНП для поглощения холестерина и пролиферации (Garcia–Bermudez et al., 2019). Эти результаты выявляют особенности метаболизма холестерина при различных типах опухолей.
https://drive.google.com/file/d/1-sWdbnndx3GhqYjOpXe-jeonFSSUncYf/view?usp=share_link
Рис. 2. Биосинтез ЖК и холестерина. Биосинтез ЖК начинается с превращения ацетил-CoA в малонил-CoA посредством АСС. Ацетил-CoA и малонил-CoA затем превращаются в пальмитиновую кислоту с помощью FASN. Дальнейшее удлинение опосредуется элонгазами с образованием полинасыщенной ЖК. Пальмитиновая кислота и полинасыщенные жиры преобразуются в ненасыщенные ЖК с помощью SCD и других жирных ацил-CoA-десатураз, соответственно. Биосинтез холестерина начинается с конденсации двух молекул ацетил-CoA с помощью ACAT с образованием ацетоацетил-CoA, который далее конденсируется с третьей молекулой ацетил-CoA с помощью HMG-CoA-синтазы (HMGCS) с образованием HMG-CoA. Затем HMGCR восстанавливает HMG-CoA до мевалоната, который превращается в фарнезилпирофосфат (FPP). Полученный из фарнезилпирофосфата сквален окисляется SM с образованием 2,3-оксидосквалена, предшественника холестерина и стеролов.
Часть 2: https://feeds.tilda.cc/posts/preview/?postuid=y1xvjsyon1
Xueli Bian, Rui Liu, Ying Meng, Dongming Xing, Daqian Xu, and Zhimin Lu
J. Exp. Med. 2020 Vol. 218 No. 1
https://doi.org/10.1084/jem.20201606
Метаболизм липидов и онкология
Перевод: Н. Готманова Редактура: Д. Храброва
Список сокращений: ЖК – жирные кислоты, ОЖК – окисление ЖК, ЭР – эндоплазматический ретикулум, цикл TCA – цикл трикарбоновых кислот, ПАПЖ – протоковая аденокарцинома поджелудочной железы, ГЦК – гепатоцеллюлярная карцинома, ОМЛ – острый миелоидный лейкоз, НМРЛ – немелкоклеточный рак легкого, МРЛ – мелкоклеточный рак легкого
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ
Нарушение регуляции липидного обмена является одним из наиболее заметных метаболических изменений при развитии рака. Раковые клетки используют липидный метаболизм для получения энергии, компонентов биологических мембран и сигнальных молекул, необходимых для пролиферации, выживания, инвазии, метастазирования и ответа на воздействие микроокружения опухоли и терапию. Здесь мы обобщаем и обсуждаем современные знания об успехах, достигнутых в понимании регуляции липидного обмена в раковых клетках, и представляем различные подходы, которые использовались в клинических испытаниях для нарушения липидного обмена при терапии рака.
ВВЕДЕНИЕ
Липиды, наряду с белками и нуклеиновыми кислотами, являются важнейшими компонентами биологических мембран и строительными блоками клеток. Кроме того, липиды используются при накоплении энергии, играют важную роль в метаболизме, а также участвуют в качестве сигнальных молекул во многих клеточных процессах. Регуляция липидного метаболизма, а именно стадии поглощения, синтеза и гидролиза липидов, имеет важное значение для поддержания клеточного гомеостаза (Röhrig and Schulze, 2016). Раковые клетки находятся в микроокружении опухоли, где доступность питательных веществ постоянно меняется по мере прогрессирования. Они используют липидный метаболизм для поддержания быстрой пролиферации, выживания, миграции, инвазии и метастазирования.
Гликолипиды и фосфолипиды (последние подразделяются на фосфоглицериды и сфинголипиды) вместе с холестерином представляют собой основные компоненты биологических мембран. Холестерин также является субстратом для синтеза жирорастворимых витаминов и стероидных гормонов (Luo et al., 2020). Жирные кислоты (ЖК), основные компоненты гликолипидов и фосфолипидов, могут вступать в реакцию этерификации с глицерином с образованием триглицеридов. Последние представляют собой неполярные липиды, синтезируемые и хранящиеся в липидных каплях и гидролизуемые с образованием АТФ путем окисления ЖК (ОЖК или β-окисление) в условиях энергетического стресса. Помимо участия в энергообмене и построении мембран, липиды также играют роль вторичных мессенджеров. Эти сигнальные молекулы синтезируются в результате фосфолипаз-зависимого гидролиза мембранных липидов и синтеза из незаменимых ЖК, доступность которых в значительной степени определяется липидами в рационе (Park et al., 2012). Фосфолипазы (PLC, PLD и PLA) способны генерировать множество биологически активных сигнальных молекул, таких как диацилглицериды, фосфатидная кислота, лизофосфатидная кислота и арахидоновая кислота. Эти молекулы запускают активацию различных метаболических путей: RAS, фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3Ks), протеинкиназы C, RAC, RHO, которые могут способствовать онкогенезу. Этот аспект широко обсуждался ранее и не рассматривается в данном обзоре (Moolenaar and Perrakis, 2011; Park et al., 2012). Кроме того, стеролы, включая оксистерол и холестерин, являются ключевыми регуляторами транскрипционного фактора SREBP (Sterol Regulatory Element (SRE)-Binding Protein), управляющего экспрессией ряда генов. Таким образом, уровни стеролов влияют на липогенез при раке. Холестерин является компонентом сигнальных липидных рафтов, а также может ковалентно модифицировать белки Hedgehog и Smoothened, активируя Hedgehog-сигнализацию (Porter et al., 1996; Xiao et al., 2017).
В настоящем обзоре мы обобщаем и обсуждаем современные знания о регуляции уровня липидов (жиров и холестерина), липогенезе и ОЖК-зависимом липолизе в раковых клетках. Заключительный раздел мы посвящаем обсуждению различных подходов, которые могут быть использованы для нарушения липидного обмена в раковых клетках при терапии.
Поглощение липидов
Поглощение ЖК
Млекопитающие продуцируют только определенные ЖК, несущие двойные связи в положении Δ9 углеводородной цепи. Другие жиры, особенно полиненасыщенные, являются незаменимыми и поступают с пищей (Nakamura and Nara, 2004). Известные мембранные белковые транспортеры ЖК включают кластер дифференцировки 36 (CD36; транслоказа ЖК), семейство белков-переносчиков ЖК (SLC27) и белки, связывающие ЖК плазматической мембраны (FABP). Все эти белки демонстрируют повышенную экспрессию генов в опухолях (Su and Abumrad, 2009).
Высокий уровень экспрессии CD36 коррелирует с неблагоприятным прогнозом у пациентов с раком молочной железы, яичников, желудка и предстательной железы (Koundouros and Poulogiannis, 2020). Делеция Cd36 в предстательной железе восприимчивых к раку Pten-/- мышей либо в тканях молочной железы мышей MMTV-neu ослабляла усиленное поглощение ЖК при раке и смягчала течение болезни (Feng et al., 2019; Watt et al., 2019). У больных раком молочной железы экспрессия CD36 увеличивается после анти-HER2 терапии и коррелирует с низкой выживаемостью. Соответственно, в устойчивых к лапатинибу (ингибитору HER2) клетках рака молочной железы поглощение ЖК увеличивается, а ингибирование CD36 подавляет рост устойчивых (но не чувствительных) к лапатинибу опухолевых клеток (Feng et al., 2019). Соблюдение диеты с высоким содержанием жиров индуцировало NF-κB-зависимую экспрессию CD36 и вызывали O-Glc-N-ацетилирование CD36 по остаткам S468 и T470, что усиливало поглощение ЖК и метастазирование рака желудка у мышей (Jiang et al., 2019). Сероводород, участвующий в метастазировании рака, стимулирует экспрессию CD36 и подавляет образование дисульфидных связей C333-C272 в CD36. Это индуцирует необходимую для связывания длинноцепочечных ЖК конформацию CD36, тем самым способствуя поглощению ЖК и ускоряя метастазирование рака желудка (Wang et al., 2019). Пальмитиновая кислота способствует миграции и инвазии раковых клеток желудка посредством CD36-зависимой активации сигнального пути протеинкиназы B (PKB, также известной как AKT)/β-катенина. В то же время, олеиновая кислота из пищи усиливает экспрессию CD36 и зависимую от ее уровня активацию пути Src-ERK1/2, что способствует пролиферации клеток рака шейки матки (Pan et al., 2019; Yang et al., 2018). Пальмитиновая кислота или диета с высоким содержанием жиров могут специфически повысить метастатический потенциал инициирующих метастазирование раковых клеток полости рта с высокой экспрессией CD36. Блокада CD36 нейтрализующими антителами ингибирует метастазирование раковых клеток полости рта у мышей (Pascual et al., 2017), что указывает на роль пищевых липидов и CD36 в метастазировании опухоли.
Использование раковыми клетками тех или иных экзогенных липидов для обеспечения потребности в ненасыщенных ЖК, вероятно, зависит от уровня кислорода и типа экспрессируемого онкогена; при этом, потребность в различных типах липидов неодинакова (Snaebjornsson et al., 2020). Для гипоксических опухолевых клеток характерен повышенный импорт ЖК, зависящий от HIF-1α (Hypoxia-Inducible Factor-1α)-индуцируемой экспрессии FABP3/7, что сопровождается подавлением синтеза ЖК de novo, поскольку снижается катаболизм глюкозы до ацетил-CoA (Bensaad et al., 2014). В сравнении с экспрессией myrAKT, которая усиливает синтез ЖК de novo, онкогенная экспрессия H-RasV12G или K-RasG12D в нормоксических условиях воспроизводит гипоксическое состояние и восстанавливает потребность клеток в поглощении липидов. Среди них лизофосфолипиды, содержащие моно- или полиненасыщенные ацильные цепи, усваиваются в гораздо большей степени, чем фосфолипиды и насыщенные лизофосфолипиды (Кампхорст и др., 2013). Помимо того, что адипоциты являются поставщиками крови, в микроокружении опухоли они также поставляют внеклеточные ЖК для опухолевых клеток. Экспрессия FABP4 была обнаружена в клетках рака яичников на границе адипоцит-опухолевая клетка. Метастатические сальниковые клетки яичников активируют липолиз в адипоцитах с образованием свободных ЖК, которые впоследствии может секретироваться и поглощаться раковыми клетками зависимым от FABP4 образом для усиления ОЖК и быстрого роста опухоли (Gharpure et al., 2018; Nieman et al., 2011). Кроме того, сальниковые адипоциты индуцируют экспрессию CD36 и последующее накопление липидов в раковых клетках яичников. Ингибирование CD36 ослабляло индуцированное адипоцитами накопление холестерина и липидных капель в клетках рака яичников, перитонеальную диссеминацию опухолевых клеток и рост опухоли (Ladanyi et al., 2018). Подобно адипоцитам, фибробласты, дифференцированные из звездчатых клеток поджелудочной железы и ассоциированные с раком фибробласты в протоковой аденокарциноме поджелудочной железы (ПАПЖ), секретируют липиды, включая лизофосфатидилхолины, для поглощения раковыми клетками и синтеза фосфатидилхолинов. Кроме того, секретируемый клетками ПАПЖ фермент аутотаксин гидролизует лизофосфатидилхолины до лизофосфатидиновой кислоты, генерируя внеклеточный сигнал, способствующий пролиферации и миграции клеток ПАПЖ (Auciello et al., 2019). Таким образом, гипоксия, сверхэкспрессия транспортеров ЖК в опухолевых клетках, экспрессия специфического онкогена и модулируемые опухолевыми клетками стромальные клетки, включая адипоциты и фибробласты, могут индуцировать поглощение внеклеточных ЖК опухолевыми клетками и создавать митогенные сигналы для поддержания пролиферации опухоли.
Поглощение холестерина
Пищевой холестерин поглощается мембранным белком энтероцитов кишечника NPC1L1 (Niemann-Pick type C1–Like 1) (Altmann et al., 2004), в которых этерифицируется ацилCoA:холестериновыми ацилтрансферазами (ACATs; также известные как стерол-О-ацилтрансферазы) для усвоения печенью (Ko et al., 2004). др., 2020). Печень, основной орган биосинтеза холестерина, поставляет холестерин в виде липопротеинов очень низкой плотности в кровоток, где липопротеины очень низкой плотности преобразуются в липопротеины низкой плотности (ЛПНП) для поглощения рецепторами ЛПНП (LDLR) в периферических клетках. Поглощенный клетками холестерин в конечном итоге достигает ЭР для потребления, транспорта или этерификации (Goldstein and Brown, 2009).
Экспрессия LDLR положительно коррелирует с неблагоприятным прогнозом у пациентов с мелкоклеточным раком легкого (МРЛ), раком молочной железы и ПАПЖ. Подавление экспрессии LDLR в HER2-сверхэкспрессирующих клетках рака молочной железы и клетках ПАПЖ снижало поглощение холестерина и рост опухоли у мышей с гиперлипидемией (Gallagher et al., 2017; Guillaumond et al., 2015; Zhou et al., 2017). Кроме того, экспрессия LDLR транскрипционно регулируется мутантом vIII рецептора EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor)/PI3K-активируемым SREBP1 в глиобластоме (Guo et al., 2011). Удаление PTEN и последующая активация PI3K/AKT в клетках рака предстательной железы в значительной степени усиливали поглощение экзогенных ЛПНП, необходимых для роста опухоли (Yue et al., 2014). Эти результаты подчеркивают, что опосредованное ЛПНП поглощение холестерина играет важную роль в пролиферации некоторых типов раковых клеток.
Липогенез
В нормальной ткани липогенез в основном ограничен гепатоцитами и адипоцитами. Тем не менее, раковые клетки активируют липогенез в силу своей высокой метаболической потребности даже в присутствии экзогенных источников липидов, а также в ответ на дефицит липидов сывороточного происхождения в микроокружении опухоли (Röhrig and Schulze, 2016). Основным субстратом для синтеза липидов является цитоплазматический ацетил-CoA, который может быть получен из цитрата с помощью АТФ-цитратлиазы (ACLY) или из ацетата с помощью ацетил-CoA-синтетазы (ACSS; Li et al., 2017a). Из атомов углерода глюкозы и глутамина образуется цитрат (Li et al., 2016b; Metallo et al., 2011; рис. 1).
https://drive.google.com/file/d/18SctKYEA1IIa4zaDX8InWGc6AaCtzIF8/view?usp=share_linkРис. 1. Производство цитоплазматического ацетил-CoA для синтеза липидов. Цитоплазматический ацетил-CoA образуется из цитрата, генерируемого ACLY, и ацетата, генерируемого ACSS. Глюкоза и глутамин способствуют образованию цитрата в результате окисления митохондриального пирувата в цикле TCA и восстановительного карбоксилирования, соответственно. PDH, пируватдегидрогеназа; α-KG, α-кетоглутарат; GLS, глутаминаза; PM, плазматическая мембрана.
Полученный из глюкозы пируват превращается в ацетил-CoA с помощью пируватдегидрогеназы. Далее следует опосредованное цитратсинтазой образование цитрата, который затем экспортируется в цитоплазму из митохондрий с помощью митохондриальных транспортеров цитрата. Глутамин превращается в α-кетоглутарат цитоплазматической глутаминазой 1 (GLS1) или митохондриальной GLS2. Затем цитоплазматическая изоцитратдегидрогеназа 1 (IDH1) либо митохондриальная IDH2 продуцируют изоцитрат, который конвертируется в цитрат. Поскольку и ЖК, и холестерин синтезируются из ацетил-CoA посредством серии реакций, уровни ацетил-CoA являются определяющим фактором при производстве липидов (рис. 2).
Ацетил-CoA-продуцирующие ферменты ACLY и ACSS
ACLY
ACLY катализирует превращение цитрата и CoA в оксалоацетат и ацетил-CoA, соответственно. Путем ингибирования ACLY бемпедоевая кислота снижает уровень холестерина ЛПНП у пациентов (Giral, 2020), демонстрируя критическую роль ACLY в липогенезе. Сверхэкспрессия или повышенная активность ACLY коррелирует с прогрессированием опухоли при глиобластоме, колоректальном раке, раке молочной железы, раке легких и гепатоцеллюлярной карциноме (ГЦК). Сниженная экспрессия ACLY уменьшает жизнеспособность и подавляет пролиферацию опухолевых клеток, инвазию и метастазирование при различных типах рака (Hatzivassiliou et al., 2005; Khwairakpam et al., 2020).
ACLY, транскрипционно регулируемая SREBP1, аллостерически активируется интермедиатом гликолиза фруктозо-6-фосфатом и ингибируется цитратом в высоких концентрациях посредством гомотропной аллостерической регуляции. Цитрат-зависимое ингибирование устраняется фосфорилированием ACLY по остатку S455 с помощью AKT или протеинкиназы A (PKA; Berwick et al., 2002; Potapova et al., 2000). Убиквитинлигаза Cullin3-KLHL25 нацеливает ACLY на деградацию и ингибирует синтез липидов и прогрессирование опухоли (Zhang et al., 2016). В условиях высокого содержания глюкозы убиквитинирование и деградация ACLY, стимулируемые сиртуин-2 (SIRT2)-деацетилазой, ингибируются ацетилированием по K540, K546 и K554 лизинацетилтрансферазой 2B (KAT2B, также известной как PCAF). Это ацетилирование усиливается при раке легких человека и способствует липогенезу и росту опухоли (Lin et al., 2013). Кроме того, IKKβ-фосфорилированная ACLY связывается с IKKβ-фосфорилированной и стабилизированной убиквитин-специфической протеазой–30 (USP30), которая деубиквитинирует и стабилизирует ACLY в клетках ГЦК (Gu et al., 2020). В опухолях печени, индуцированных диэтилнитрозамином (DEN)/CCl4 у мышей, делеция USP30 подавляла липогенез, воспаление и рост опухоли (Gu et al., 2020).
В дополнение к участию в цитоплазматическом метаболизме липидов, транслоцированная в ядро ACLY генерирует ацетил-CoA для ацетилирования гистонов и регуляции транскрипции генов (Wellen et al., 2009). В клетках меланомы ACLY усиливает ацетилирование гистонов ацетилтрансферазой p300, тем самым способствуя митохондриальному биогенезу, опосредованному коактиватором PPARγ (PGC) 1α, для клеточной пролиферации (Guo et al., 2020). В клетках ПАПЖ, глиомы и рака предстательной железы факторы роста или онкогенная экспрессия K-Ras стимулируют сигнализацию AKT–ACLY, ацетилирование гистонов, клеточную пролиферацию и рост опухоли (Carrer et al., 2019; Lee et al., 2014). При повреждении ДНК ATM-AKT-индуцированное фосфорилирование ядерной ACLY S455 способствует ацетилированию гистонов в местах двухцепочечных разрывов, обеспечивая рекрутирование BRCA1 и репарацию ДНК путем гомологичной рекомбинации (Sivanand et al., 2017). Таким образом, ACLY-опосредованная продукция ацетил-CoA играет решающую роль в многочисленных клеточных активностях как в цитоплазме, так и в ядре.
ACSS2
ACSS продуцирует ацетил-CoA из ацетата и CoA. ACSS1 и ACSS3 являются митохондриальными белками, а ACSS2 локализован в цитоплазме и ядре (Li et al., 2017b). ACSS2, которая транскрипционно регулируется SREBP, экспрессируется в значительной доле опухолей человека и имеет решающее значение в превращении ацетата для поддержания роста раковых клеток, особенно при метаболическом стрессе (Comerford et al., 2014; Luong et al., 2000). Ацетат может продуцироваться из фруктозы кишечной микробиотой, и истощение микробиоты либо угнетение активности печеночной ACSS2 подавляет превращение болюсной фруктозы в печеночный ацетил-CoA и ЖК (Jang et al., 2018; Zhao et al., 2020). Кроме того, подавление активности или дефицит ACSS2 в значительной степени ингибирует рост опухолевых клеток и образование опухоли у мышей, подчеркивая критическую роль потребления ацетата в производстве липидной биомассы для роста опухоли (Mashimo et al., 2014; Schug et al., 2015).
Ограниченное количество кислорода, сыворотки или глюкозы стимулирует локализацию ACSS2 в ядре (Bulusu et al., 2017; Li et al., 2017a, b). Дефицит глюкозы способствует фосфорилированию ACSS2 по S659, опосредованному 5'AMP-активированной протеинкиназой (AMPK), что приводит к экспонированию сигнала ядерной локализации ACSS2 и ядерной транслокации в клетках глиобластомы. В комплексе с фактором транскрипции EB ACSS2 активирует экспрессию генов, ассоциированных с лизосомами и аутофагосомами, локально продуцируя ацетил-CoA для ацетилирования гистона H3 в промоторных областях этих генов с использованием ацетата, высвобождаемого при деацетилировании гистонов. Это приводит к стимуляции биогенеза лизосом и аутофагии, повышению выживаемости клеток и росту опухоли головного мозга (Li et al., 2017a, b). Кроме того, ACSS2 усиливает экспрессию и активацию X-рецептора печени (LXR)/ретиноидного Х-рецептора, способствуя липогенезу во время длительного голодания (Huang et al., 2018). Анализ образцов опухолей человека показал, что фосфорилирование ACSS2 S659 положительно коррелировало со злокачественностью глиомы и низкой выживаемостью пациентов с немелкоклеточным раком легкого (НМРЛ) (Li et al., 2017b; Yang et al., 2019), тогда как высокая экспрессия ACSS1/2 приводила к усилению ацетилирования гистона H3 и экспрессии ЖК-синтазы (FASN) у пациентов с ГЦК (Bulusu et al., 2017). Эти данные свидетельствуют о двойной роли ACSS2: в непосредственном участии в липогенезе de novo, а также в эпигенетической регуляции экспрессии генов для стимуляции лизосомального биогенеза, аутофагии и метаболизма липидов.
Ферменты биосинтеза ЖК
Ацетил-CoA карбоксилаза (АСС)
ACC, фермент, лимитирующий скорость синтеза ЖК, катализирует карбоксилирование ацетил-CoA в малонил-CoA (рис. 2; Wei and Tong, 2015). ACC млекопитающих имеет две тканеспецифичные изоформы: ACC1 (также известная как ACCα, кодируемая ACACA) и ACC2 (также известный как ACCβ, кодируемый ACACB). ACC1 – цитоплазматический фермент, преимущественно экспрессирующийся в липогенных тканях (печень и жировая ткань) и имеющий решающее значение для синтеза ЖК. Напротив, ACC2 интегрирована во внешнюю мембрану митохондрий и в основном экспрессируется в окислительных тканях (сердце и скелетные мышцы). Вырабатываемый ACC2 малонил-CoA ингибирует карнитинпальмитоилтрансферазу I (CPT1, также известную как пальмитоил-CoA трансфераза I, CAT1 или CCAT), что контролирует лимитирующую стадию поглощения ЖК и ОЖК митохондриями (Luo et al., 2012).
Высокий уровень экспрессии ACC1 характерен для различных видов рака человека, включая рак молочной железы, предстательной железы, печени и желудка, а ген ACACA присутствует в рекуррентных ампликонах, ассоциированных со снижением выживаемости пациентов с раком молочной железы (Chin et al., 2006; Luo et al., 2012). Угнетение экспрессии ACC1 снижает синтез ЖК и индуцирует апоптоз опухолевых клеток предстательной железы и молочной железы, но не незлокачественных клеток (Brusselmans et al., 2005). ACC1 транскрипционно регулируется SREBP, а на уровне синтеза белка – сложной взаимосвязью фосфорилирования, связывания аллостерических регуляторов и межбелковых взаимодействий (Koundouros and Poulogiannis, 2020). AMPK фосфорилирует ACC1 по S79 и ACC2 по S212, ингибируя их активность, тогда как экспрессия нефосфорилируемых мутантов ACC1/2 усиливает липогенез и повреждения печени у мышей, а также пролиферацию раковых клеток печени человека (Ha et al., 1994; Lally et al., 2019). Кроме того, лептиновая и TGFβ-опосредованная сигнализация индуцирует 1-AMPK-опосредованное ингибирование ACC1 TGFβ-активируемой киназой (TAK). Это приводит к повышению концентрации клеточного ацетил-CoA, ацетилированию и активации Smad2, а также инвазии клеток рака молочной железы и метастазированию. Эти результаты свидетельствуют о том, что точная настройка активности ACC1 имеет решающее значение для сбалансированного синтеза ЖК и других клеточных активностей (Rios Garcia et al., 2017). ACC1 аллостерически активируется связыванием цитрата и ингибируется связыванием пальмитоил-CoA и других жирных ацил-CoA, а также С-концевых доменов BRCA1 (BRCT) (Hunkeler et al., 2018). Мутация BRCA1, ассоциированная с предрасположенностью к наследственному раку, либо стимуляция инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1) нарушает взаимодействие между BRCA1 и неактивной фосфорилированной ACC. Следовательно, ACC дефосфорилируется и активируется для синтеза ЖК (Koobotse et al., 2018; Moreau et al., 2006). Для ингибирования лизосомальной деградации фермента в клетках рака предстательной железы ACC стабилизирована за счет взаимодействия с пептидил-пролил цис-транс изомеразой PIN1. Аналогичный феномен наблюдается и при взаимодействии с альдо-кеторедуктазой семейства 1 B10 (AKR1B10) для ингибирования убиквитин-зависимой деградации ACC в клетках рака молочной железы (Ma et al., 2008; Ueda et al., 2019). Выработка ACC1 и последующий синтез ЖК de novo также могут регулироваться экспрессией кальций/кальмодулин-зависимой протеинкиназы киназы 2 (CAMKK2) в клетках рака предстательной железы, вероятно, трансляционно-зависимым образом (Penfold et al., 2018). ACC1 также образует комплекс с CPT1 и предотвращает его локализацию в митохондриях в условиях достаточного количества питательных веществ. Во время метаболического стресса фосфорилированная ACC1 диссоциирует из комплекса с CPT1, который транслоцируется в митохондрии для ОЖК, тем самым поддерживая выживаемость клеток ГЦК (Wang et al., 2016).
Белок ACC2 обильно экспрессируется в клетках ларингокарциномы, и уровень экспрессии ACC2 положительно связан с клинической стадией рака и снижением 5-летней выживаемости (Li et al., 2019a). При избытке питательных веществ белок PHD3 (Prolyl Hydroxylase Domain protein 3) гидроксилируется и активирует ACC2, тем самым подавляя ОЖК. При остром миелоидном лейкозе (ОМЛ) уровень экспрессии PHD3 резко снижается, способствуя повышению уровня ОЖК, что стимулирует пролиферацию клеток ОМЛ и усугубляет тяжесть заболевания (German et al., 2016).
FASN
FASN конденсирует одну молекулу ацетил-CoA с семью молекулами малонил-CoA в 16-углеродный пальмитат (C16:0; рис. 2). Сверхэкспрессия и гиперактивность FASN зачастую наблюдаются при многих видах эпителиального рака человека и соответствующих пренеопластических поражениях и коррелируют с более высоким риском как рецидива рака, так и смертности (Menendez and Lupu, 2007). Было показано, что экспрессия FASN стимулируется потерей PTEN, стероидными гормонами и активацией EGFR и ERBB2 посредством сигнальных каскадов PI3K-AKT и ERK1/2 (Menendez and Lupu, 2007; Yang et al., 2002b). Ассоциированная с опухолью сверхэкспрессия FASN регулируется преимущественно на уровне транскрипции фактором SREBP1 (Rawson, 2003). Посттрансляционная регуляция FASN проявляется во взаимодействии фермента с регулируемой андрогенами и сверхэкспрессируемой при раке предстательной железы USP2a, а также с USP30 в клетках ГЦК. Оба белка деубиквитинируют и стабилизируют FASN (Graner et al., 2004; Gu et al., 2020). FASN может подвергаться ацетилированию KAT8 и деацетилированию HDAC3. Ацетилирование FASN усиливает ее ассоциацию с убиквитинлигазой TRIM21 для деградации и часто снижается в образцах ГЦК человека с повышенной экспрессией HDAC3 (Lin et al., 2016). Белок-супрессор опухоли POZ является еще одной убиквитинлигазой, модифицирующей FASN. Мутанты белка POZ, обычно встречающиеся при раке предстательной железы, не способны связываться с FASN, тем самым повышая экспрессию FASN и накопление липидов в клетках рака предстательной железы (Gang et al., 2019). Стабильность FASN также регулируется ее сумоилированием, которое защищает FASN от протеасомной деградации в клетках рака молочной железы (Floris et al., 2020).
Ингибирование FASN подавляет синтез ЖК и индуцирует накопление малонил-CoA, ингибируя CPT1-опосредованное ОЖК и вызывая последующую остановку клеточного цикла и апоптоз опухолевых клеток (Bandyopadhyay et al., 2006; Menendez and Lupu, 2007). Ингибирование FASN изменяет фосфолипидный состав мембраны, ее структуру и текучесть, а также влияет на образование липидных рафтов, тем самым нарушая корректную локализацию и/или функционирование рецепторов тирозинкиназы, таких как EGFR и ERBB2 (Menendez and Lupu, 2007). Ингибирование FASN также подавляет пальмитат-зависимое пальмитоилирование и активацию ассоциированного с плазматическими мембранами и митохондриями EGFR, что приводит к убиквитилированию EGFR, отмене EGFR-активируемого слияния митохондрий, замедлению роста опухоли и повышению чувствительности раковых клеток к ингибиторам EGFR (Ali et al., 2018; Bollu et al., 2014). Сверхэкспрессия FASN снижает уровень E-twenty six (ets)-ДНК-связывающего белка PEA3, негативного регулятора транскрипции гена HER2, и, следовательно, усиливает продукцию мРНК HER2 (Menendez et al., 2004; Xing et al., 2000). Хотя для внутрипеченочной холангиокарциномы характерна нечувствительность к истощению FASN, что, вероятно, объясняется интенсивной экспрессией белков, связанных с поглощением ЖК, и стабильным потреблением длинноцепочечных ЖК, абляция FASN значительно отсрочивала образование ГЦК у мышей. Примечательно, что дефицит FASN способствует ядерной транслокации и активации SREBP2 для холестерогенеза. Ингибирование SREBP2 в сочетании с абляцией FASN полностью предотвращало гепатокарциногенез у мышей, вызванный дефицитом PTEN/c-Met (Che et al., 2020; Li et al., 2016a), подчеркивая критическую роль FASN-зависимого синтеза ЖК и SREBP2-опосредованного холестерогенеза в развитии ГЦК.
Стеароил-CoA десатураза (SCD)
SCD (SCD1 и SCD5/hSCD2 у людей) является скорость-лимитирующим ферментом ЭР, катализирующим образование двойной связи в положении Δ9 в стеариновой кислоте (C18:0) и, в меньшей степени, пальмитиновой кислоте (C16:0), с образованием мононенасыщенной олеиновой кислоты (С18:1) и пальмитолеиновой кислоты (С16:1) соответственно (Snaebjornsson et al., 2020; рис.2).
Для функционирования SCD требуется NADPH и кислород, поэтому в условиях гипоксии раковые клетки в большей степени зависят от экзогенного поступления липидов, содержащих ненасыщенные ЖК. Когда клетки лишены экзогенных липидов, последующее ингибирование SCD1 индуцирует как ферроптоз, так и апоптоз. Ингибирование SCD1 снижает уровень CoQ10, эндогенного мембранного антиоксиданта, дефицит которого был связан с ферроптозом. Сопутствующие нехватка ненасыщенных жирных ацильных цепей и повышение содержания длинноцепочечных насыщенных церамидов в фосфолипидах мембран, включая мембрану ЭР, приводят к запуску клеточного ответа на неправильно свернутые белки, стрессу ЭР и апоптозу (Ackerman and Simon, 2014; Tesfay et al., 2019). Ингибирование десатурации ЖК ухудшает митохондриальное дыхание, что приводит к окислительному стрессу, и уменьшает включение мононенасыщенных ЖК (МНЖК) в кардиолипины, специфический класс липидов, присущих исключительно внутренней мембране митохондрий. Эти липиды связывают цитохром C и предотвращают его высвобождение из мембраны митохондрий. Таким образом, ингибирование SCD способствует усиленному высвобождению цитохрома C и апоптозу (Peck and Schulze, 2016; Potze et al., 2016).
Активированный EGFR в клетках рака легкого фосфорилирует SCD1 по Y55 для стабилизации экспрессии фермента, что приводит к повышению уровня МНЖК и росту опухоли легкого у мышей (Zhang et al., 2017a). В клетках лимфомы Беркитта сверхэкспрессированный Myc индуцирует активацию сенсора стресса ЭР IRE1 (Inositol-Requiring Enzyme 1) и транскрипционного фактора X-box, связывающего белок 1 (XBP1). Эти события последовательно запускают экспрессию SCD1 для поддержания гомеостаза ЭР и выживания клеток (Xie et al., 2018).
Сверхэкспрессия SCD1 также была обнаружена при ГЦК. С данным явлением ассоциированы клиническая реакция пациентов с ГЦК на лечение сорафенибом и более короткая безрецидивная продолжительность жизни. Подавление активности SCD1 приводит к дифференцировке клеток-инициаторов опухоли печени посредством запуска ответа на неправильно свернутые белки, индуцированного стрессом ЭР. Это вызывает повышенную чувствительность к сорафенибу (Ma et al., 2017). Подавление или ингибирование активности SCD1 в моделях ксенотрансплантированных мышей также уменьшало образование опухолей, полученных из клеток рака желудка, толстой кишки, легких и предстательной железы человека (Snaebjornsson et al., 2020), подчеркивая критическую роль SCD1 в развитии опухоли.
Ферменты биосинтеза холестерина
3-гидрокси-3-метилглутарил (HMG)-CoA редуктаза млекопитающих (HMGCR)
HMGCR, скорость-лимитирующий фермент мевалонатного пути биосинтеза холестерина, является ЭР-локализованным гликопротеином и преобразует HMG-CoA в мевалонат (рис. 2; Liscum et al., 1985). Регуляция HMGCR достигается на транскрипционном, посттранскрипционном, трансляционном и посттрансляционном уровнях. Транскрипция гена HMGCR активируется SREBP2, тогда как трансляция мРНК может блокироваться неизвестными нестероловыми метаболитами мевалоната (Luo et al., 2020; Nakanishi et al., 1988). Кроме того, HNRNPA1 регулирует альтернативный сплайсинг HMGCR, усиливая экспрессию транскрипта, лишенного экзона 13. Данная сплайсоформа HMGCR обладает пониженной ферментативной активностью (Yu et al., 2014). Деградация HMGCR может быть индуцирована стероидами, в основном оксистеролами и метилированными стеролами, а также членами семейства витамина Е δ-токотриенолом и γ-токотриенолом. Накопление стеролов в клетках стимулирует связывание белка INSIG (INSulin-Induced Gene) со стерол-чувствительным доменом HMGCR и последующее убиквитилирование и деградацию HMGCR с участием множества убиквитинлигаз, комплекса GP78, TRC8 (также известного как RNF139) и RNF145 (Luo et al., 2020). В условиях гипоксии HIF-1α активирует транскрипцию INSIG2, вызывая деградацию HMGCR и ингибируя биосинтез холестерина в печени (Hwang et al., 2017). AMPK фосфорилирует HMGCR по S872 и ингибирует HMGCR-зависимый биосинтез холестерина (Clarke and Hardie, 1990; Сато и др., 1993). SIRT1, экспрессия которого подавляется miR-34a, микроРНК, сверхрегулированной при неалкогольном ожирении печени, деацетилирует и активирует LKB1, запуская LKB1-AMPK-сигнализацию для ингибирования HMGCR (Min et al., 2012; Ruderman et al., 2010).
Уровень экспрессии HMGCR повышается при различных типах рака, включая рак желудка, глиобластому и рак предстательной железы. Сверхэкспрессия HMGCR способствует пролиферации и миграции данных типов раковых клеток, в то время как нокдаун HMGCR сдерживает онкогенез. Ингибирование HMGCR использовалось при лечении солидных типов рака и рака крови, а также рака с лекарственной резистентностью (Kong et al., 2018; Lee et al., 2018; Yang et al., 2020). Интересно, что лечение липофильным ингибитором HMGCR симвастатином снижало уровень геранилгеранилдифосфата, продуцируемого мевалонатным путем и необходимого для пренилирования белков, и, соответственно, уровень пренилирования малой гуанозинтрифосфатазы Rab5 в антиген-презентующих клетках. Это приводило к задержке созревания эндосом, длительному удерживанию антигена, усилению презентации антигена и антигенспецифическому противоопухолевому иммунитету. Кроме того, лечение симвастатином значительно усиливает эффекты противораковой вакцинации и взаимодействует с анти-PD-1-антителами при лечении опухолей (Xia et al., 2018). Эти результаты подчеркивают потенциал мевалонатного пути в роли мишени для улучшения эффективности иммунной терапии рака.
Сквален-монооксигеназа (SM)
SM (кодируемая геном SQLE), второй после HMGCR скорость-лимитирующий ЭР-фермент биосинтеза холестерина, преобразует нестерольный интермедиат сквален в 2,3(S)-оксидосквален (рис. 2). Подобно HMGCR, SM также является мишенью SREBP2 (Sharpe and Brown, 2013). SM имеет холестерин-чувствительный домен (первые N-концевые 100 а.о., обозначаемые SM N100). Этот домен регулирует протеасомную деградацию SM строго холестеринзависимым образом (процесс не опосредуется INSIG, 24,25-дигидроланостеролами или оксистеролами с боковой цепью) (Chua et al., 2017; Gill et al., 2011; Padyana et al., 2019). Холестерин-активируемая деградация SM опосредуется мембранной RING-E3-лигазой MARCH6; последняя одновременно стабилизируется холестерин-зависимым ингибированием аутоубиквитинирования (Sharpe et al., 2019; Zelcer et al., 2014). Сквален как непосредственный предшественник холестерина напрямую связывается с областью N100, тем самым ослабляя взаимодействие SM с MARCH6 и убиквитинирование SM (Yoshioka et al., 2020). В отличие от холестерина, ненасыщенные ЖК, такие как олеат, могут стабилизировать SM путем ингибирования MARCH6-опосредованной деградации (Stevenson et al., 2014), тем самым поддерживая синтез холестерина.
Локус SQLE имеет повышенное число копий гена при многих видах рака. была обнаружена при ГЦК, индуцированной неалкогольным ожирением печени, и ассоциирована с радиорезистентностью при раке поджелудочной железы. Также сверхэкспрессия SQLE ассоциирована с прогрессированием или неблагоприятным прогнозом при раке молочной железы, предстательной железы, колоректальном раке и плоскоклеточном раке легких (Brown et al., 2016; Cirmena et др., 2018; Liu et al., 2018). Кроме того, пролиферация клеток МРЛ чувствительна к ингибированию SM. Данный эффект возникает в результате токсического накопления субстрата SM сквалена, а не в силу ингибирования биосинтеза холестерина (Mahoney et al., 2019). Утрата экспрессии SM, обнаруженая в ALK (Anaplastic Lymphoma Kinase)-положительных клетках анапластической крупноклеточной лимфомы, способствует ауксотрофии холестерина и делает эти клетки зависимыми от ЛПНП для поглощения холестерина и пролиферации (Garcia–Bermudez et al., 2019). Эти результаты выявляют особенности метаболизма холестерина при различных типах опухолей.
https://drive.google.com/file/d/1-sWdbnndx3GhqYjOpXe-jeonFSSUncYf/view?usp=share_link
Рис. 2. Биосинтез ЖК и холестерина. Биосинтез ЖК начинается с превращения ацетил-CoA в малонил-CoA посредством АСС. Ацетил-CoA и малонил-CoA затем превращаются в пальмитиновую кислоту с помощью FASN. Дальнейшее удлинение опосредуется элонгазами с образованием полинасыщенной ЖК. Пальмитиновая кислота и полинасыщенные жиры преобразуются в ненасыщенные ЖК с помощью SCD и других жирных ацил-CoA-десатураз, соответственно. Биосинтез холестерина начинается с конденсации двух молекул ацетил-CoA с помощью ACAT с образованием ацетоацетил-CoA, который далее конденсируется с третьей молекулой ацетил-CoA с помощью HMG-CoA-синтазы (HMGCS) с образованием HMG-CoA. Затем HMGCR восстанавливает HMG-CoA до мевалоната, который превращается в фарнезилпирофосфат (FPP). Полученный из фарнезилпирофосфата сквален окисляется SM с образованием 2,3-оксидосквалена, предшественника холестерина и стеролов.
Часть 2: https://feeds.tilda.cc/posts/preview/?postuid=y1xvjsyon1
