项目文章 | 细胞核中的非典型三羧酸循环通路，连接代谢和表观遗传调节

Signal Transduction and Targeted Therapy发表了题为The existence of a nonclassical TCA cycle in the nucleus that wires the metabolic-epigenetic circuitry的论文。该研究发现了一个细胞核中的非典型TCA（nTCA）循环。所有与TCA循环相关的酶，除琥珀酸脱氢酶（SDH）外都存在于细胞核中，这些核酶催化一个不完整的三羧酸循环，类似于蓝藻中的TCA。核内的nTCA循环主要是为了产生和消耗代谢中间体，而不是用于能量生产。nTCA循环与染色质动力学和转录调控存在内在联系。

工作由北京大学第三医院、北京大学第一医院、北京大学医学院、首都医科大学医学院等机构联合完成，北京大学尚永丰及孙露洋为本研究论文共同通讯作者。我司提供了本研究的ATAC-seq的测序和数据分析服务。

 

 

 

研究背景

 

 

三羧酸（TCA）循环也称为Krebs循环或柠檬酸循环，是新陈代谢和能量生产的枢纽。通过线粒体基质中进行的一系列生化反应，TCA循环使得需氧生物能氧化碳水化合物、脂肪酸和氨基酸，为细胞提供能量、大分子，维持氧化还原平衡。TCA循环至关重要，TCA循环的功能障碍与从糖尿病、神经变性到癌症等多种病理状况有关。

真核生物中的细胞命运决定和组织规范受基因表达模式的时空控制，其中精巧而精确的表观遗传机制确保正确的基因在正确的时间和位点表达。DNA 5-胞嘧啶甲基化/去甲基化和组蛋白的翻译后修饰（包括磷酸化、乙酰化、甲基化、琥珀酰化、泛素化、聚 ADP核糖基化），是表观遗传图景的分层调控机制的组成部分。

线粒体TCA循环的多种代谢产物积极参与 DNA/组蛋白修饰的动力学，从而在细胞核中参与表观遗传调控。例如，组蛋白乙酰化和琥珀酰化分别涉及乙酰辅酶A和琥珀酰辅酶A，组蛋白去甲基化酶的胺氧化酶如LSD1，其去甲基化反应中需要FAD转移质子，而另一个组蛋白去甲基化酶Jumonji蛋白，其去甲基化反应中需要α-酮戊二酸（α-KG），其中α-KG被转化为琥珀酸。α-KG向琥珀酸的转化也发生在DNA去甲基化过程中，如TET双加氧酶催化一系列氧化反应将5-甲基胞嘧啶（5mC）转化为 5-羟甲基胞嘧啶（5hmC），5-甲酰胞嘧啶（5fC）和 5-羧基胞嘧啶（5caC）的过程。事实上，在哺乳动物细胞中目前已经发现了60多种依赖α-KG的双加氧酶，其中大部分在细胞核中起作用。

TCA 循环代谢物和参与表观遗传机制的辅因子的多样性，使得人们产生了这样的疑问：这些分子来自哪里，在细胞核中产生又会去向哪？这个问题的一个简单而直接的答案是：所有这些代谢物和辅因子都来自线粒体中的TCA循环，但这个答案成立需要两个前提：线粒体和细胞核之间存在直接通信/感知回路、细胞中存在这些分子的主动转运蛋白。目前没有证据支持细胞中存在直接通信/感知回路，中间代谢产物通过转运蛋白扩散到细胞核进行表观遗传调控的机制既不经济又不灵活。考虑到表观遗传调控的严格控制和高度可变的性质，细胞必须进化出一个同样严格调控的系统，以便有效和及时地供应/去除细胞核中的TCA循环中间产物。

TCA循环的酶存在于线粒体中并在其中发挥作用，但最近的几项研究各自报告了TCA循环相关酶在细胞核中存在的证据。具体而言，在细胞核中也检测到丙酮酸脱氢酶 （PDH），以供给组蛋白乙酰化所需的局部乙酰辅酶A；氧代戊二酸脱氢酶（OGDH） 也存在于细胞核中，核内OGDH可能与染色质上的GCN5相互作用以调节组蛋白琥珀酰化；几种TCA循环相关酶，包括柠檬酸合酶（CS）、乌头酸酶2（ACO2）、异柠檬酸脱氢酶3（IDH3）和PDH存在于着床前小鼠胚胎的二细胞期前的细胞核中，为细胞核中的合子基因组激活提供代谢燃料。

在该研究中，研究人员检验了细胞核拥有自我维持系统来供应和消耗与DNA及组蛋白修饰动态相关的TCA循环中间体的假设。该研究在细胞核中发现了一个非经典且不完整的TCA循环，核TCA循环（nTCA循环）用于生产代谢产物，而不是用于能源生产，并发现nTCA循环与染色质动力学和转录调控有着内在的联系。

 

 

 

方法与结果

 

1. TCA循环的催化酶也存在于细胞核中 

最近的一些研究报道了细胞核中存在TCA循环相关酶。为了全面研究细胞核中TCA循环酶的范围和多样性，首先研究人员从小鼠肝脏组织中分离出干净的细胞核。在分离出的小鼠肝细胞核中，以及使用相同的方法从人肝癌细胞系HepG2和人乳腺癌细胞系MCF-7中分离的细胞核中，研究人员使用CS、ACO2、IDH3A、OGDH、琥珀酰辅酶A连接酶（SUCLG2）、琥珀酸脱氢酶复合物黄蛋白亚基A和C（SDHA和SDHC）、富马酸水合酶（FH）和苹果酸脱氢酶2（MDH2）的抗体检测TCA循环相关酶。除SDHA和SDHC外，其他所有酶均在分离的小鼠肝细胞核中检测到。在HepG2和MCF-7细胞分离的细胞核中也有类似的结果。

为了验证上述观察结果，研究人员使用CS、ACO2、IDH3A、OGDH、SUCLG2、SDHA、SDHC、FH、FH、MDH2的抗体，以及MitoTracker Red对HepG2细胞进行免疫荧光染色。这些酶的免疫染色荧光和这些蛋白与线粒体信号的共定位在线粒体中很明显。在HepG2细胞核中也检测到CS、ACO2、IDH3A、OGDH、SUCLG2、FH和MDH2的免疫荧光信号，但未检测到SDHA和SDHC的免疫荧光信号，与免疫印迹结果一致。同时，用抗CS、ACO2、IDH3A、OGDH、SUCLG2、SDHA、SDHC、FH或MDH2的siRNA处理HepG2细胞，与对照组相比，免疫荧光信号明显降低，验证了所使用抗体的特异性。此外，研究人员扫描了每一张切片的0.5μm深度范围，并从中选取穿过细胞核的特定平面，在z轴和xy轴中，都可以在线粒体中检出CS，并与MitoTracker Red共定位，而在细胞核中，CS信号仍然明显，而MitoTracker Red信号缺失。ACO2、IDH3A、OGDH、SUCLG2、FH和MDH2的系统成像有着类似的模式，而SDHA仅在线粒体中可见。重要的是，CS、ACO2、IDH3A、OGDH、SUCLG2、FH和MDH2的核信号与组蛋白H3的信号共定位，证明这些TCA循环相关酶在细胞核中存在。综上所述，这些观察结果表明，除SDH外，所有线粒体TCA循环相关酶（CS、ACO2、IDCH3A、OGDH、SUCLG2、FH、MDH2）也存在于细胞核中。

 

Figure 1. The enzymes of the TCA cycle are also found in the nucleus

 

2. 细胞核内TCA循环相关酶催化类似于TCA循环的生化反应 

 

为了研究细胞核中线粒体TCA循环相关酶的物理存在的功能意义，研究人员使用酶活性测定试剂盒检测提取出的干净细胞核以及细胞质中的TCA循环酶的活性。与预期的一样，在HepG2细胞的细胞质中可以检测到CS、ACO2、IDH3、OGDH、SCS（SUCL）、SDH、FH和MDH2的酶活性。除SDH外，在HepG2细胞的细胞核中也检测到CS、ACO2、IDH3、OGDH、SH、SH2、MDH2的酶活性，这些结果与免疫印迹和免疫荧光染色的观察结果一致，进一步证实细胞核中存在线粒体TCA循环相关酶。作为对照，在HepG2细胞的细胞核中未检测到线粒体基质蛋白谷氨酸脱氢酶（GDH）。同时，用siRNA处理敲低对照蛋白、CS、ACO2、IDH2、IDH3A、OGDH、SCS、SDHA、FH、MDH2或GDH后，通过比色法测定各酶在细胞核和细胞质中的酶活性的结果表明，这些酶的敲除导致细胞质和细胞核中的酶活性降低，SDH和GDH的酶活性下降仅在细胞质中检测到，验证了酶活性测定的特异性。

在细胞核中具有催化活性的TCA循环相关酶的存在可能意味着这些酶可能单独发挥作用，或是这些酶及其催化反应构成了一个类似于线粒体中TCA循环的系统。为了验证这一点，研究人员首先分离了HepG2细胞的细胞核，通过液相色谱-质谱（LC-MS）检测细胞核中线粒体TCA循环相关代谢物，发现在HepG2细胞的核中确实检测到多个与TCA循环相关的中间代谢产物，包括柠檬酸、顺乌头酸、琥珀酸、富马酸、苹果酸和草酰乙酸。

随后，研究人员用草酰乙酸和同位素标记的丙酮酸（13C3-丙酮酸）处理从HepG2细胞中分离出来的细胞核。LC-MS分析检测到13C标记的线粒体TCA循环中间体，包括柠檬酸、异柠檬酸、α- KG和琥珀酸，表明细胞核中存在一个系统的类TCA循环系统。在实验中还使用了同位素标记的柠檬酸和延胡索酸盐，LC-质谱分析也检测到有同位素标记的TCA中间产物。总之，这些观察结果表明，一个类TCA循环系统在细胞核中发挥作用。

为了进一步验证，研究人员将HepG2细胞核与草酰乙酸和乙酰辅酶A一起孵育。LC-质谱分析表明，加入草酰乙酸（OAA）和乙酰辅酶A的核中，柠檬酸和异柠檬酸水平升高，表明存在CS催化反应。从耗尽CS的HepG2细胞中分离的细胞核的LC-MS分析显示，与从对照细胞中分离的细胞核相比，柠檬酸和异柠檬酸水平降低，即使添加草酰乙酸和乙酰辅酶A也没有导致柠檬酸和异柠檬酸水平增加。同样，LC-MS分析显示与对照siRNA处理的HepG2中分离的同位素标记柠檬酸水平相比，耗尽CS的HepG2核同草酰乙酸和同位素标记丙酮酸共孵育，同位素标记的柠檬酸水平要低得多。上述结果表明，在细胞核中存在一个TCA循环（nTCA循环）。

为了进一步确认nTCA循环相关酶催化的酶促反应，研究人员从HepG2核中亲和纯化了CS，并与不同浓度的乙酰辅酶A和固定浓度的草酰乙酸孵育，通过监测柠檬酸的产量来测定反应速率。结果表明柠檬酸浓度随乙酰辅酶A浓度从0~14 μM呈线性增加。当乙酰辅酶A浓度达到16 μM时，柠檬酸浓度的增加呈非线性变化，达到36 μM时，柠檬酸浓度的增加达到最大值。 Lineweaver-Burk plotting计算出核CS催化乙酰辅酶A的米氏常数（KM）为8.9 μM，符合典型的酶反应动力学模型。

 

Figure 2. The nuclear TCA cycle-associated enzymes catalyze their corresponding biochemical reactions

 

3. nTCA循环是不完整的 

在细胞核中检测到CS、ACO2、IDH3A、OGDH、SUCLG2、FH和MDH2，但检测不出SDH，而缺乏SDH会导致琥珀酸无法转化为延胡索酸，使三羧酸循环不完整。因此细胞核中TCA反应是如何循环的？蓝藻和其他一些原核生物由于缺乏OGDH，也有一个不完整的TCA循环。显然，nTCA循环多少让人想起蓝藻的TCA循环。

为了进一步了解nTCA循环的性质，研究人员比较了nTCA循环与经典的线粒体TCA循环。HepG2细胞的CS免疫荧光染色显示，线粒体中CS的信号明显强于细胞核，提示线粒体中CS的丰度高于细胞核。检测ACO2、IDH3A、OGDH、SUCLG2、FH和MDH2的结果表明，这些酶在线粒体中的丰度高于细胞核。这些观察结果表明：TCA循环酶在线粒体中更丰富，这可能是因为这个细胞器是细胞的主要代谢枢纽和主要的动力室。此外，TCA循环相关酶在细胞核中的丰度较低，可能也解释了为什么这些酶作为一个整体以前没有被检测到。

nTCA循环是如何跳过SDH催化循环反应的？经典TCA循环中的大多数酶促反应都是可逆的，由CS、IDH3和OGDH催化的反应除外。先前的报告已经证明了ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY），一种将柠檬酸转化为乙酰辅酶A的酶，存在于细胞核中。此外蓝藻也有一个不完整的TCA循环，该生物确实有MDH2、FH、SDH和SUCL，目前认为这些酶催化草酰乙酸转化为琥珀酰辅酶A，在反向循环中产生苹果酸、延胡索酸和琥珀酸。基于以上这些，研究人员认为nTCA循环结束于琥珀酸，下游代谢中间产物如延胡索酸、苹果酸和草酰乙酸，通过类似于蓝藻TCA循环的反向反应产生。事实上，即使在哺乳动物细胞中，MDH2也可以将草酰乙酸转化为苹果酸，而FH也可以将苹果酸转化为延胡索酸。为了验证假设，研究人员将同位素标记的柠檬酸和乙酰辅酶A与耗尽ACO2的HepG2细胞核共孵育。LC-MS分析确实在细胞核中检测到更多的同位素标记草酰乙酸、苹果酸和延胡索酸。类似地，将同位素标记的苹果酸和乙酰辅酶A与耗尽DDH2的HepG2细胞核共孵育，检测到更多同位素标记的延胡索酸，但琥珀酸很少，进一步证实了细胞核中缺乏SDH。综上所述，虽然缺乏SDH，但nTCA循环具有功能，SDH反应的下游代谢产物延胡索酸、苹果酸和草酰乙酸可以通过一系列的反向反应产生。

随后，研究人员将TCA循环底物草酰乙酸和乙酰辅酶A添加到从相同数量的HepG2细胞中分离出来的线粒体和细胞核中。对ATP产生的检测显示，添加底物后，线粒体中ATP水平显著升高，而在细胞核中，添加草酰乙酸和乙酰辅酶A并没有导致ATP水平的明显变化。nTCA循环的这一特征也让人想起蓝藻TCA循环，其主要作用是产生用于生长的生物合成前体，而不是产生能量。综上所述，nTCA循环是一个非经典的、不完整的TCA循环，主要用于代谢中间体的生成，而不是用于能量生产。

 

Figure 3. The nTCA cycle is incomplete and different from the mitochondrial TCA cycle

 

4. nTCA循环在功能上与表观遗传调控和染色质动力学有关 

目前有报道大多数线粒体三羧酸循环代谢物积极参与染色质活性的表观遗传调控。鉴于nTCA循环的存在及其产生代谢中间体的主要功能，有理由假设nTCA循环和表观遗传调控在功能上是有关系的。为了验证这一点，研究人员在HepG2细胞中过表达或敲除CS（催化草酰乙酸和乙酰辅酶A产生柠檬酸），并通过Western印迹法分析CS对组蛋白乙酰化的影响。CS的过表达与泛H3乙酰化水平的降低以及H3K9ac、H3K27ac、泛H4ac和H4K16ac水平的下降有关，而CS的下调则伴随着这些组蛋白修饰水平的增加。此外，使用乙酰辅酶A活性检测试剂盒检测CS过表达或敲除后核内乙酰辅酶A的水平，结果显示CS的过表达导致乙酰辅酶A水平降低，而CS的缺失导致细胞核中乙酰辅酶A水平升高，表明核CS影响组蛋白乙酰化。

为了进一步验证核CS影响组蛋白乙酰化，耗尽CS的HepG2细胞被剥夺葡萄糖24小时以同步组蛋白乙酰化，然后分离细胞核并暴露于草酰乙酸和乙酰辅酶A中。Western印迹显示，尽管对照核中泛H3ac和泛H4ac的基础水平与CS耗尽的核相似，但添加草酰乙酸和乙酰辅酶A仅导致CS耗尽的核中泛H3ac和泛H4ac水平增加。此外，GST-CS和小牛胸腺组蛋白的体外去乙酰化试验显示，CS对泛H3ac、H3K9ac、H3K27ac、泛H4ac和H4K16ac水平的影响较小，而GST-HDAC3与小牛胸腺组蛋白孵育导致泛H3ac、H3K9ac、H3K27ac、泛H4ac和H4K16ac水平降低，这可能表明CS耗尽相关的泛H3ac和泛H4ac水平的增加是CS去乙酰化活性降低的结果。

接下来研究人员测试了核CS影响的组蛋白乙酰化是否依赖于组蛋白乙酰转移酶（HAT）。为此，研究人员将乙酰辅酶A、小牛胸腺组蛋白与人重组KAT2A（一种组蛋白H3 HAT）与草酰乙酸和HepG2核亲和纯化的CS共孵育，进行体外乙酰化分析。Western印迹分析显示，在同时存在草酰乙酸和CS的情况下，KAT2A催化的泛H3ac和H3K9ac的水平显著降低，不存在草酰乙酸时，CS对泛H3ac和H3K9ac的水平影响不大，这与CS消耗草酰乙酸和乙酰辅酶A产生柠檬酸的作用一致。用重组人KAT8（组蛋白H4 HAT）也进行了类似的实验，结果与前述类似。这些结果表明，核CS可以通过调节核内乙酰辅酶A的浓度影响HAT依赖的组蛋白乙酰化。

为了进一步证明CS调控组蛋白修饰，研究人员设计了缺少线粒体定位序列的线粒体CS（CSΔMLS）。用EGFP标记的CS或CSΔMLS转染敲降的HepG2细胞，免疫印迹显示外源性表达的CS或CSΔMLS水平与内源性CS表达水平接近。结果显示，CSΔMLS定位于细胞核，但不定位于线粒体，而外源性CS主要定位于线粒体。Western印迹分析显示，内源性CS的缺失与组蛋白乙酰化（包括泛H3ac、H3K9ac、H3K27ac、泛H4ac和H4K16ac）水平的升高有关，CS核表达的重建抵消了CS缺失相关的组蛋白乙酰化的增加。

IDH3是TCA循环中的限速酶之一，它催化异柠檬酸转化为α-KG。现在很清楚的是，许多组蛋白去甲基化酶以及TET双加氧酶需要α-KG作为其去甲基化反应的辅助因子。为了进一步研究nTCA的功能意义，研究人员接下来研究了核IDH3A对组蛋白甲基化的影响。为此研究人员在HepG2细胞中过表达或敲除IDH3A，提取组蛋白进行Western印记分析，了解IDH3A对组蛋白甲基化的影响。IDH3A或IDH3AΔMLS的过表达与H3K4me3和H3K9me3水平的降低相关，而内源性IDH3A的缺失则伴随着这些组蛋白修饰水平的增加。类似地，用IDH3AΔMLS重建IDH3A的核表达，抵消了与IDH3缺失相关的组蛋白甲基化的增加。随后，用EGFP标记的IDH3A或IDH3AΔMLS转染经IDH3A siRNA处理的HepG2细胞，并使用免疫印迹和荧光显微镜检测亚细胞定位。结果表明，IDH3A主要定位于线粒体，而IDH3AΔMLS主要定位于细胞核，而不定位于线粒体。

然后，研究人员试图确定核IDH3A是否会影响TET活性和DNA胞嘧啶羟甲基化。大多数培养细胞中，5hmC水平常低到无法检测，但短暂表达野生型TET2催化域（TET2-CD）会导致其大幅增加。过度表达TET2-CD，而不是突变过的TET催化域（TET2-CDm），能有效提高HepG2细胞内的5hmC水平。然而，IDH3A的缺失消除了与TET2-CD表达相关的5hmC水平的升高，这可以通过IDH3AΔMLS的表达来挽救（图5c）。此外，在HepG2细胞中使用抗5hmC抗体的免疫荧光染色也显示，TET2-CD的异位表达，导致了5hmC荧光强度的增加，TET2-CDm则没有这样的效应。然而，在IDH3A缺陷的细胞中，过表达TET2-CD并没有增强5hmC的荧光信号，在IDH3A缺失的HepG2细胞中转染IDH3AΔMLS重建IDH3A的核表达导致5hmC的荧光强度增加。这些数据表明，核IDH3A调节组蛋白甲基化和TET催化的5hmC的产生。

 

 

Figure 4. The nTCA cycle is functionally linked to epigenetic regulation and chromatin dynamics

 

Figure 5. Nuclear IDH3A regulates histone/DNA methylation

 

 

5. nTCA循环在功能上与转录调控和细胞活动有关 

随后，研究人员进一步研究了CS影响的组蛋白修饰和染色质开放性以及相关生理效应的关联。研究人员在HepG2细胞中耗尽CS，通过RNA-seq分析CS缺失对基因表达谱的影响。分析发现，有1450个基因显著下调，有1307个基因在CS敲低后显著上调。将RNA-seq数据与ATAC-seq数据进行交叉分析，发现989个基因在CS缺失后表达发生了改变。GO分析表明，这989个基因参与了细胞凋亡、细胞周期和翻译起始等多种细胞途径。

989个基因中的一个是FADD，FADD中存在一个同凋亡有关的结构域，在凋亡的调控中起关键作用。为了验证FADD的表达受细胞核CS的调节，研究人员在HepG2细胞中敲除了CS。qRT-PCR和蛋白印迹检测显示，FADD的表达在CS缺失后增加，这一效应可以用CSΔMLS转染CS缺失的细胞抵消，表明FADD的表达受到核CS的调节。

为了确认CS对FADD表达的调节来自nTCA循环的功能，而不是直接结合FADD的调节区域，研究人员通过定量染色质免疫沉淀（qChIP）分析FADD的启动子区域。结果虽然在FADD基因启动子上检测到FADD的转录调控因子，但在该启动子上未检测到CS。

FADD蛋白具有形成蛋白复合物的能力，可以募集和激活caspase-8。激活的caspase-8直接裂解caspase-3或其他caspase，最终导致细胞凋亡。为了确定核CS是否通过调控FADD调控细胞凋亡，研究人员通过免疫印迹法检测了CS过表达或下调后HepG2细胞中caspase-8、caspase-3和PARP的水平。过表达CSΔMLS导致caspase-8、caspase-3和PARP水平降低，而CS的缺失导致caspase-8、caspase-3和PARP水平增加，这一现象可以通过在CS耗尽的HepG2细胞中表达CSΔMLS逆转。此外，免疫荧光染色也显示，过表达CSΔMLS导致caspase-3水平下降，而CS的消耗导致caspase-3水平升高，这种效应可以通过在CS耗尽的HepG2细胞中表达CSΔMLS或耗尽FADD抵消。重要的是，Hochest染色和荧光显微镜观察显示，过表达CSΔMLS与凋亡小体的数量减少有关，而CS耗尽导致凋亡小体的数量增加，异位表达CSΔMLS或损耗FADD可以扭转此效应。此外，对HepG2细胞的流式分析也显示过表达CSΔMLS导致细胞凋亡减少，而CS消耗导致细胞凋亡增加，这可以通过异位表达CSΔMLS或消耗FADD来逆转。上述发现支持了核CS在功能上与基因表达和细胞活动的调控有关的观点。

为了确认IDH3A影响的组蛋白修饰和染色质开放性同生理效应的关联，研究人员在HepG2细胞中耗尽IDH3A，并通过RNA-seq分析IDH3A缺失对基因表达谱的影响。分析表明1968个基因显著下调，有1965个基因在IDH3A基因敲低后显著上调。将RNA-seq数据与ATAC-seq数据进行交叉分析，发现1512个基因的表达在IDH3A缺失后发生了改变，这些基因与细胞周期、凋亡和细胞对缺氧反应等细胞通路有关。1512个基因之一是表皮生长因子受体（EGFR），它是细胞增殖和动物发育所必需的。为了验证EGFR的表达受细胞核IDH3A的调控，在HepG2细胞中敲除IDH3A的表达，通过qRT-PCR和蛋白印迹检测发现，IDH3A缺失后，EGFR的表达降低，这种效应可以通过异位表达IDH3AΔMLS挽救。

为了确认IDH3A对EGFR表达的调节来自nTCA循环的功能，而不是直接结合EGFR的调节区域，研究人员通过qChIP分析了IDH3A EGFR的启动子区域。结果显示，EGFR的已知转录调控因子ZNF516结合EGFR基因启动子，而在该启动子上未检测到IDH3A。

随后，研究人员在HepG2细胞中过表达或去除IDH3A，并通过集落形成和CCK-8实验检测这些细胞的增殖情况，采用蛋白印迹法检测IDH3A和EGFR的表达。结果显示，细胞核IDH3A的过表达与集落数量的增加有关。同样，IDH3A的敲除导致了集落数量减少，这可以通过IDH3AΔMLS或EGFR的异位表达逆转。CCK-8检测显示，过表达核IDH3A对细胞增殖有显著的促进作用，相反，消耗IDH3A明显抑制细胞增殖，该效应可以通过过表达核IDH3A或EGFR来挽救。细胞周期分析显示，核IDH3A过表达与G1期细胞百分比显著降低和S期细胞百分比显著增加相关，IDH3A的敲除导致G1期细胞百分比增加，S期细胞百分比降低，这可以通过异位表达IDH3AΔMLS或EGFR来逆转。总之，这些数据证实核IDH3A通过影响EGFR的表达来调节细胞增殖。

 

 

Figure 6. The nTCA cycle is functionally linked to transcription regulation and cellular activities

 

Figure 7. Nuclear IDH3A promotes cell proliferation through regulating EGFR expression

 

 

 

研究结论

 

 

该研究发现细胞核中存在除SDH外的所有TCA循环相关酶，并证明这些核酶催化的生化反应类似于线粒体中的TCA反应，并在细胞核中构成一个非经典和不完整的TCA循环（nTCA循环）。重要的是发现nTCA循环在功能上与染色质动力学和表观遗传调控有关。与蓝藻中的TCA循环类似，nTCA循环可以通过SDH下游的酶催化的一系列反向反应来完成。nTCA循环是一个合理有效的组装，为细胞核内提供TCA循环代谢物，用于及时和精确的表观遗传调控。

 

(点击阅读原文获取文献)

 

 

参考文献

 

1. Liu X, Si W, He L, Yang J, Peng Y, Ren J, Liu X, Jin T, Yu H, Zhang Z, Cheng X, Zhang W, Xia L, Huang Y, Wang Y, Liu S, Shan L, Zhang Y, Yang X, Li H, Liang J, Sun L, Shang Y. The existence of a nonclassical TCA cycle in the nucleus that wires the metabolic-epigenetic circuitry. Signal Transduct Target Ther. 2021 Nov 3;6(1):375

    

---

>>>扫码👇👇👇关注，不迷路<<<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

公司简介

 

 

上海达澈生物科技有限公司

>>致力于提供科研产品和技术服务<<

这里有：Circle-seq，RIC-seq，CUT&Tag，ATAC-seq，ChIP-seq，DNA甲基化测序；表观组：RNA修饰测序、三维基因组Hi-C；转录组：miRNA、mRNA、lncRNA、circRNA测序；蛋白和RNA互作RIP-seq和CLIP-seq；翻译组：Ribo-seq 等。