重大突破！科學(xué)家發(fā)現(xiàn)天冬氨酸或是細(xì)胞增殖的限速器

大家都知道線粒體是機(jī)體細(xì)胞中的能量工廠，其會通過呼吸來釋放我們攝入食物的能量，同時還能以三磷酸腺苷（ATP）的形式來收集能量。近日刊登在雜志Cell上的兩篇研究論文中，來自MIT的科學(xué)家們揭示了機(jī)體細(xì)胞（包括腫瘤細(xì)胞在內(nèi)）增殖需要線粒體呼吸作用的分子機(jī)制，當(dāng)存在其它方式制造ATP時，細(xì)胞在沒有呼吸作用提供的電子受體時并不會進(jìn)行增殖。

對于增殖的細(xì)胞而言，其必須有足夠的天冬氨酸存在才能夠制造新細(xì)胞所需的RNA和DNA，以及蛋白質(zhì)，而天冬氨酸作為一種氨基酸是組成蛋白質(zhì)的zui基本的元件，但其不像其它氨基酸一樣，在機(jī)體血液中天冬氨酸并不容易獲得，似乎機(jī)體會限制血液中天冬氨酸的水平，因此每一個哺乳動物的細(xì)胞都需要自己制造天冬氨酸，為了制造天冬氨酸及核酸，細(xì)胞就需要產(chǎn)生額外的電子，因?yàn)橄啾燃?xì)胞攝取食物而言zui終產(chǎn)物僅需要少量的電子。

研究者M(jìn)atthew Vander Heiden教授指出，這是所有增殖細(xì)胞必須解決的問題，這項(xiàng)研究中我們調(diào)查了哺乳動物細(xì)胞解決該問題的機(jī)制，首先我們利用癌細(xì)胞進(jìn)行研究，對癌細(xì)胞進(jìn)行遺傳工程化操作使其不能夠呼吸，在沒有任何干預(yù)的情況下，這些癌細(xì)胞就不會增殖，而且隨著部分細(xì)胞死亡癌細(xì)胞群體就會慢慢下降。

隨后研究者發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞呼吸的角色主要表現(xiàn)在天冬氨酸的產(chǎn)生上，如果存在特定的營養(yǎng)物質(zhì)，比如丙酮酸鹽，其就可以扮演受損細(xì)胞所需要添加的電子受體，這樣細(xì)胞就可以在沒有天冬氨酸的情況下較好地進(jìn)行增殖；這就表明，細(xì)胞可以利用額外添加的丙酮酸鹽的電子受體來制造產(chǎn)生天冬氨酸，這對于癌癥研究非常重要，因?yàn)榘┘?xì)胞經(jīng)?？梢岳眠@種方式來進(jìn)行增殖。

在另一篇研究報(bào)道中，研究者利用了另外一種方法來確定天冬氨酸和細(xì)胞呼吸之間的關(guān)聯(lián)，研究者利用基因編輯工具CRISPR進(jìn)行了一項(xiàng)遺傳篩查試驗(yàn)揭示了，在沒有GOT1酶類存在的情況下，當(dāng)細(xì)胞呼吸被抑制時其就會死亡，而在正常情況下，GOT1可以消耗天冬氨酸來將電子轉(zhuǎn)移到線粒體中。后期研究中研究者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞呼吸作用喪失時，GOT1就會通過催化逆反應(yīng)在細(xì)胞內(nèi)液中產(chǎn)生天冬氨酸來補(bǔ)償線粒體天冬氨酸合成的缺失，丙酮酸鹽可以促進(jìn)天冬氨酸的合成，從而通過提供產(chǎn)生額外電子的地方來恢復(fù)細(xì)胞的增殖能力。

研究者Kivanc Birsoy表示，我們的研究揭示了呼吸在細(xì)胞增殖中的主要角色，這對于后期癌癥研究非常關(guān)鍵，對于線粒體疾病患者而言，他們往往會經(jīng)歷細(xì)胞呼吸等問題。本文研究對于未來進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究及應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義，而相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)對于研究癌癥發(fā)病機(jī)制及新型療法的開發(fā)也會帶來一定的幫助。