《自然》：打造转移的“发动机”，癌细胞竟是这样做的！( 二 )

2022-08-15 健康知识养生常识

文章图片
线粒体tRNAMet中m5C和f5C修饰缺陷后线粒体有氧呼吸能力减弱
鉴于线粒体与肿瘤发生的大多数方面都有牵连。为了研究肿瘤发生的哪些阶段涉及线粒体m5C和f5C修饰，研究团队构建了小鼠原位移植瘤模型。
他们将三个NSUN3缺陷的人转移性口腔鳞癌细胞系：SCC25、VDH01和VDH15原位种植于小鼠口腔。此外，他们还在肿瘤细胞中过表达了WT或酶活缺失突变的NSUN3蛋白，并将其原位种植于小鼠口腔。
实验结果表明，所有肿瘤细胞均能在小鼠接种原位生长，产生原位瘤，但是NSUN3缺陷或突变的肿瘤细胞淋巴结转移以及肺转移能力显著降低。这些数据表明，线粒体tRNAMet在C34位的修饰是肿瘤转移所必需的，但对原发肿瘤的发生和发展来说并不是必需的。
那么NSUN3缺陷到底是如何影响到肿瘤转移的呢？已有的结果提示NSUN3缺陷会损伤线粒体有氧呼吸能力，与此一致的是， NSUN3缺陷的肿瘤上调表达葡萄糖转运蛋白GLUT1 ，考虑到肿瘤组织本就喜欢用糖酵解来供能（Warburg效应），因此NSUN3缺陷不影响原发瘤生长也就不足为奇了。然而，转移中的肿瘤细胞需要有氧呼吸为其提供大量的能量，这有可能是NSUN3缺陷肿瘤转移能力下降的原因。

文章图片
敲低NSUN3后，肿瘤转移频率大大降低
进一步的转录组分析发现， NSUN3缺陷后与线粒体功能相关的基因（如NADP脱氢酶）的表达显著降低；此外，由线粒体DNA编码的呼吸链复合物基因表达水平也显著降低。这些数据提示，线粒体tRNAMet中m5C和f5C修饰缺陷使得肿瘤发生代谢重编程， NSUN3可能依靠线粒体活性驱动肿瘤转移。
那么哪些肿瘤细胞更加依赖线粒体功能，有最高的线粒体翻译水平呢？
研究团队通过对线粒体标志物——MtCO1和MtCO2——进行染色，发现这两个标志物在基底层CD44+细胞中高表达，而这些CD44+肿瘤细胞正是低分化、具有较强增殖能力的“转移前导细胞” 。这些数据表明起始肿瘤转移的前导细胞更依赖线粒体的有氧呼吸能力，暗示线粒体tRNAMet中m5C和f5C修饰缺陷很可能会对前导细胞产生明显的影响。
为了进一步探究线粒体中tRNAMet中m5C和f5C修饰缺陷对肿瘤细胞增殖与转移能力的影响，研究团队对肿瘤细胞进行了3D培养，发现NSUN3缺陷的肿瘤细胞与WT肿瘤细胞所形成的肿瘤球大小一致，这表明NSUN3缺陷并没有削弱肿瘤细胞的增殖能力。
通过检测线粒体膜电位，研究团队发现在肿瘤球外表面存在少量线粒体膜电位较高的细胞（代表这些细胞线粒体有氧呼吸能力较强），而在NSUN3缺陷肿瘤球表面则没有这样的细胞，表明NSUN3缺陷后肿瘤细胞的线粒体功能被削弱，有氧呼吸能力下降。
为了检测肿瘤的转移能力，研究团队将肿瘤球转移至含Ⅰ型胶原的基质胶中，比较肿瘤细胞从球体向周围基质侵袭的能力，结果发现NSUN3的缺陷或敲低使肿瘤细胞的侵袭能力显著减弱。这些数据表明，高水平的线粒体tRNAMet中m5C和f5C修饰促进了肿瘤细胞的转移。

文章图片
线粒体tRNAMet中m5C和f5C修饰缺陷削弱线粒体有氧呼吸能力并减弱了肿瘤细胞的侵袭能力
以上的数据表明，在体外模型以及小鼠肿瘤模型中，线粒体tRNAMet中m5C和f5C修饰水平极大地影响了肿瘤的转移能力，那么在人类头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）患者中m5C修饰水平与肿瘤转移之间存在什么样的关系呢？
为了解决上述问题，研究团队收集了HNSCC患者组织样本，通过免疫组化检测可见，发生了转移的患者其原发瘤中NSUN3的表达水平更高，并且疾病分期更高（偏向晚期）。通过转录组数据分析，他们发现随着NSUN3表达水平的升高，患者出现淋巴结转移的频率逐渐升高。

上一篇：新华全媒+｜山东源泉：科学引种猕猴桃

下一篇：一张纸教你检测颈椎病！医生：这样做可以有效预防……