两篇Cell文章揭示惊人发现：至关重要的氨基酸

　　

生物通报道  众所周知，线粒体是我们细胞中的发电厂，它利用呼吸作用来释放我们食物中的能量，捕获三磷酸腺苷（ATP）分子中的能量（延伸阅读：Nature重要发现：线粒体功能全新控制机制 ）。

在发表于7月30日《细胞》（Cell）杂志上的两篇研究论文中，来自麻省理工学院的研究人员揭示出了增殖细胞，包括肿瘤细胞需要线粒体呼吸作用的原因。尽管有许多其他的途经可以生成ATP，得不到呼吸作用提供的电子受体细胞无法进行增殖。

对于增殖细胞来说，必须要有足够的天冬氨酸（aspartate）来生成新细胞的RNA、DNA和蛋白质。天冬氨酸是一种氨基酸，众所周知氨基酸是蛋白质的基本构件。然而不同于其他的氨基酸，不容易在血液中获得天冬氨酸，看起来身体似乎积极限制了血液中这一氨基酸的水平，因此每个哺乳动物细胞都必须生成自己的天冬氨酸。此外，为了生成天冬氨酸和核酸，细胞必须要有个地方放置多余的电子，因为相比于细胞摄取的食物这一终产物具有较少的电子。

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麻省理工学院Koch综合癌症研究所成员、生物学副教授Matthew Vander Heiden说：“这是所有增殖细胞都必须解决的一个问题。此前，我从未思考过这一代谢问题，而细菌界的人们却花费了大量的时间去解答它。”

过剩的电子

Vander Heiden和同事们调查了哺乳动物细胞解决这一问题，除去多余电子的途经。

他们利用了经遗传改造线粒体无法进行呼吸作用的一些癌细胞。在无干预的情况下，这些细胞无法进行增殖，随着一些细胞相继死去它们的数量逐渐下降。但添加一些天冬氨酸，它们的数量则呈指数增长，表明没有呼吸作用细胞无法生成自身的天冬氨酸。

研究人员通过实验进一步揭示出了呼吸作用在天冬氨酸生成中所起的确切作用。如果将可以充当电子受体的一些营养物质如丙酮酸（pyruvate）添加到这些丧失能力的细胞中，即便没有天冬氨酸它们也能够进行增殖。这表明当无法获得氧时，细胞可以将添加的丙酮酸作为放置多余电子的地方，由此能够生成天冬氨酸。这一研究发现对于癌症研究来说很重要，因为癌细胞可以利用这一漏洞来逃避对它们的呼吸作用发动的攻击。

宾夕法尼亚大学细胞和发育生物学教授Celeste Simon（未参与该研究）说：“这是肿瘤的一种危险游戏。我们没有认识到天冬氨酸是如此的重要。人们猜测它大概是在生成一些代谢组件。”

Simon和同事们主要从事肾癌代谢问题研究。“Matt的论文告诉论文我们，电子传递链有缺陷的细胞会变得依赖于丙酮酸，丙酮酸充当了替代电子受体来生成天冬氨酸，”她说。

由于肿瘤只能有限地获取营养物质和氧气，它们有可能以一种不同的方式生成了天冬氨酸。知道癌症有可能依赖丙酮酸充当一种替代的电子受体，作为一种途径绕过了对它们生长的检查，这意味着研究人员可以寻找一些方法来关闭这一漏洞。

下接：Cell：CRISPR解答细胞代谢谜题

生物通推荐原文索引：

Supporting Aspartate Biosynthesis Is an Essential Function of Respiration in Proliferating Cells. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.07.017

An Essential Role of the Mitochondrial Electron Transport Chain in Cell Proliferation Is to Enable Aspartate Synthesis.DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.07.016