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2021年1月，Vipin Rawat等发现PSPH可通过调节2-HG的水平来影响DNA和组蛋白的表观遗传修饰，进而调控诸多癌症相关基因和信号通路，如NR4A1，从而促进黑色素瘤生长和转移。并在Oncogene上发表题为“PSPH promotes melanoma growth and metastasis by metabolic deregulation-mediated transcriptional activation of NR4A1”的研究论文。 丝氨酸合成通路（SSP），从糖酵解的中间代谢产物3-磷酸甘油酸开始，经过3-磷酸甘油酸脱氢酶，磷酸丝氨酸氨基转移酶，和磷酸丝氨酸磷酸酶调控的三个酶促反应产生L-丝氨酸。后者是继葡萄糖和谷氨酸之后的第三大癌细胞代谢相关物质，在诸如一碳代谢，甲硫氨酸循环，氧化还原平衡的调节等多种细胞过程中扮演重要角色。PSPH基因编码磷酸丝氨酸磷酸酶，催化l-丝氨酸合成的最后一步不可逆反应，在丝氨酸生物合成途径中位于PHGDH的下游。本文作者发现PSPH在患者来源的黑色素瘤样本中过表达，并且是黑色素瘤生长和转移所必需的。然而，其调控黑色素瘤的具体机制尚未阐明，基于此，作者便开展了如下研究。  为探究PSPH knockdown影响黑色素瘤的具体机制，作者使用CE-TOFMS进行了全局代谢组学分析。并观察到，PSPH knockdown后，A375细胞中与中心碳代谢、脂类和氨基酸代谢、核酸代谢、尿素循环、辅酶代谢相关的代谢产物都发生了改变，这其中就包括了2-羟基戊二酸（2-HG）水平的升高。 由于先前研究表明，TET蛋白以及组蛋白去甲基化酶活性会受到2-HG的抑制，因此作者在PSPH knockdown的黑色素瘤细胞中测定了5-羟甲基胞嘧啶（5hmc）和H3K4me3的水平，结果发现DNA 5hmc水平的降低（图2a）以及组蛋白H3K4me3水平的升高（图2b）。  图2. PSPH缺失会导致H3K4me3和5hmC水平的变化 a.DNA斑点杂交（Dot blot）实验分析PSPH knockdown的黑色素瘤细胞中5hmc水平。b.通过免疫印迹法分析表达PSPH knockdown的黑色素瘤细胞中相应蛋白的表达。 由于表观遗传修饰的变化可以调控基因转录水平。因此，作者推测PSPH敲低介导的DNA，组蛋白修饰程度的变化也可能导致基因表达水平的改变，作者进行基因表达分析发现，PSPH knockdown会导致多种癌症相关信号通路的下调，包括WNT，TGF-β，Notch等。这其中也包括核转录因子NR4A1。作者在众多下调的癌症相关基因中关注NR4A1的原因是基于其在黑色素瘤中扮演的重要角色。作者首先证实了PSPH敲低确实会导致NR4A1在mRNA和蛋白水平上的降低(图3a, b)。并且NR4A1启动子DNA甲基化水平显著高于对照组(图3c)。这说明，PSPH knockdown通过增加NR4A1启动子的甲基化程度来下调NR4A1的水平。此外，异位表达NR4A1（图3d）也可以挽救PSPH knockdown所致的生长(图3e，f)以及侵袭能力的抑制(图3g，h)。  图3. NR4A1的异位表达部分挽救了PSPH敲低诱导的黑色素瘤生长抑制情况 a.qPCR实验结果。b.Western blot实验结果。c.NR4A1启动子的甲基化DNA免疫沉淀分析（MeDIP）结果。d.Western blot实验结果。e.软琼脂实验检测集落形成能力。f.为e中软琼脂实验的相对菌落大小。g.Matrigel侵袭实验结果。h.为g中Matrigel检测的相对侵袭率(%)。 本文揭示了丝氨酸合成代谢通路与表观遗传修饰间复杂的互作关系，即PSPH通过控制2-HG水平从而在黑色素瘤生长和转移中发挥功能。而2-HG水平的升高通过调控表观遗传修饰来改变包括NR4A1在内的多个癌症相关基因的水平。总之，这项分析为治疗黑色素瘤和其他癌症开辟了新的途径，并帮助我们更好地理解与这些疾病相关的代谢途径的变化，为黑色素瘤的诊治提供理论基础。 |
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