华人学者Cell子刊解析肿瘤细胞的分裂

　　

生物通报道：研究人员发现了一个致癌蛋白的新功能，该蛋白对于脑瘤细胞的分裂和生长非常关键。文章发表在Cell旗下的Molecular Cell杂志上。

“我们的研究显示，肿瘤细胞的有序分裂依赖于一个独特机制，该机制由丙酮酸激酶M2（癌基因PKM2的产物）驱动，” 德克萨斯大学MD安德森癌症中心的吕志民（Zhimin Lu）教授说。细胞开始分裂时会复制自己的染色体，这些染色体随后通过有丝分裂平均分配给子细胞。

“如果没有PKM2在有丝分裂中调控检验点，肿瘤细胞就无法成功分裂，”吕教授说。“去除PKM2，DNA就无法平均分配给两个子细胞，这些细胞最终走向凋亡（程序性死亡）。”

“我们揭示了PKM2在癌症发展中的新作用，这一机制为肿瘤的诊断和治疗提供了分子基础，”吕教授说。到目前为止，他和同事已经发现了，PKM2促进癌症发展的四个机制。另外三种机制分别是：激活重要的转录辅助因子，从而激活其他癌基因；磷酸化组蛋白H3，松开DNA包装，激活细胞分裂基因；诱导糖酵解基因的表达，并触发Warburg效应。

研究团队发现，在小鼠中激活PKM2，会导致脑部肿瘤快速生长。而阻断PKM2能使肿瘤体积减少83%，在这种情况下，小鼠的存活期从二十天左右增加到四十多天。

为了在人类癌症中验证PKM2与有丝分裂的联系，研究人员分析了50例多形性胶质母细胞瘤和50例肺癌肿瘤。胶质母细胞瘤是最常见也最致命的一种脑瘤。

PKM2作为蛋白激酶，通过添加磷酸基团，对其他蛋白下达指令。在正常情况下，PKM2在糖代谢中起作用，同时也在婴幼儿时期促进细胞生长，一般该蛋白会自动关闭。然而，肿瘤细胞中高度活化的表皮生长因子受体EGFR，使PKM2重新激活，在实体瘤中过表达。研究显示，在有丝分裂时去除PKM2，能使多种肿瘤细胞发生异常分裂。

研究人员指出，肿瘤细胞中的PKM2负责磷酸化Bub3蛋白，使其与其他蛋白相互作用，确保染色体的平均分离。去除PKM2能阻止Bub3活化，导致染色体数异常的肿瘤细胞增加，这些细胞会最终进入程序性死亡。小鼠研究显示，脑瘤的发展，不能缺少PKM2诱导的Bub3活化。

随后，研究人员在人类乳腺癌、前列腺癌、肺癌、胰腺癌和大肠癌的细胞系中验证了上述结果。结果显示，五十名胶质母细胞瘤患者中，15名Bub3磷酸化水平低的患者平均存活69.8周，而35名Bub3磷酸化水平高的患者平均存活期仅40.5周。

“这项研究进一步强调了，PKM2在人类癌症中的重要性，有望帮助人们开发药物靶标其活性，或者将其作为引导治疗的生物指标，”Lu说。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

PKM2 Regulates Chromosome Segregation and Mitosis Progression of Tumor Cells

Tumor-specific pyruvate kinase M2 (PKM2) is instrumental in both aerobic glycolysis and gene transcription. PKM2 regulates G1-S phase transition by controlling cyclin D1 expression. However, it is not known whether PKM2 directly controls cell-cycle progression. We show here that PKM2, but not PKM1, binds to the spindle checkpoint protein Bub3 during mitosis and phosphorylates Bub3 at Y207. This phosphorylation is required for Bub3-Bub1 complex recruitment to kinetochores, where it interacts with Blinkin and is essential for correct kinetochore-microtubule attachment, mitotic/spindle-assembly checkpoint, accurate chromosome segregation, cell survival and proliferation, and active EGF receptor-induced brain tumorigenesis. In addition, the level of Bub3 Y207 phosphorylation correlated with histone H3-S10 phosphorylation in human glioblastoma specimens and with glioblastoma prognosis. These findings highlight the role of PKM2 as a protein kinase controlling the fidelity of chromosome segregation, cell-cycle progression, and tumorigenesis.