Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Vai trò của đường tín hiệu SNF1 trong sự phát triển của Saccharomyces cerevisiae dưới các nguồn carbon và nitơ khác nhau
Tóm tắt
Ung thư là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn thế giới, với gần 10 triệu ca tử vong trong năm 2020. Một trong những đặc trưng của tế bào ung thư là khả năng né tránh các yếu tố ức chế tăng trưởng và duy trì tín hiệu tăng sinh, dẫn đến sự phát triển không kiểm soát. Đường dẫn AMPK, một con đường dị hóa để tiết kiệm ATP, đã được liên kết với ung thư. Hoạt hóa AMPK liên quan đến sự tiến triển của ung thư ở các giai đoạn tiên tiến, trong khi hoạt hóa nó bởi metformin hoặc phenformin lại liên quan đến hóa ngừa ung thư. Do đó, vai trò của đường dẫn AMPK trong điều chế sự phát triển của ung thư vẫn chưa rõ ràng. Saccharomyces cerevisiae có thể là một mô hình hữu ích để làm sáng tỏ sự tham gia của AMPK trong điều chỉnh sự tăng trưởng vì nó chia sẻ một con đường AMPK được bảo tồn cao. Do đó, nghiên cứu này nhằm đánh giá vai trò của đường dẫn AMPK đối với sự phát triển của S. cerevisiae dưới các điều kiện dinh dưỡng khác nhau. Tại đây, chúng tôi cung cấp bằng chứng rằng gen SNF1 là cần thiết để duy trì sự phát triển của S. cerevisiae với glucose là nguồn carbon duy nhất ở mọi nồng độ được thử nghiệm. Việc bổ sung resveratrol đã ức chế sự phát triển theo cấp số nhân của chủng snf1∆ ở mức glucose thấp và làm giảm nó ở mức glucose cao. Xóa gen SNF1 đã làm suy giảm sự phát triển theo cấp số nhân theo cách phụ thuộc vào nồng độ carbohydrate mà không phụ thuộc vào nguồn hay nồng độ nitơ. Thú vị thay, việc xóa các gen mã hóa cho các kinase thượng nguồn (SAK1, ELM1 và TOS3) cũng có ảnh hưởng phụ thuộc vào liều glucose lên sự phát triển theo cấp số nhân. Hơn nữa, việc xóa gen của các tiểu đơn vị điều hòa của phức hợp AMPK ảnh hưởng đến sự phát triển theo cấp số nhân theo cách phụ thuộc vào glucose. Tất cả những kết quả này cho thấy rằng con đường SNF1 ảnh hưởng đến sự phát triển theo cấp số nhân của S. cerevisiae theo cách phụ thuộc vào glucose.
Từ khóa
#Ung thư #đường dẫn AMPK #Saccharomyces cerevisiae #SNF1 #tăng trưởng tế bàoTài liệu tham khảo
Sung H, Ferlay J, Siegel RL, Laversanne M, Soerjomataram I, Jemal A et al (2021) Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin 71:209–249. https://doi.org/10.3322/caac.21660
Wang Z, Wang N, Liu P, Xie X (2016) AMPK and cancer. Exp Suppl 107:203–226. https://doi.org/10.1007/978-3-319-43589-3_9
Zhang Y, Meng Q, Sun Q, Xu ZX, Zhou H, Wang Y (2021) LKB1 deficiency-induced metabolic reprogramming in tumorigenesis and non-neoplastic diseases. Mol Metab. 44:101131. https://doi.org/10.1016/j.molmet.2020.101131
Hadad SM, Baker L, Quinlan PR, Robertson KE, Bray SE, Thomson G et al (2009) Histological evaluation of AMPK signalling in primary breast cancer. BMC Cancer 9:307. https://doi.org/10.1186/1471-2407-9-307
Cai H, Scott E, Kholghi A, Andreadi C, Rufini A, Karmokar A et al (2015) Cancer chemoprevention: evidence of a nonlinear dose response for the protective effects of resveratrol in humans and mice. Science translational medicine. 7:298ra117. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aaa7619
Morales DR, Morris AD (2015) Metformin in cancer treatment and prevention. Annu Rev Med 66:17–29. https://doi.org/10.1146/annurev-med-062613-093128
Hedbacker K, Carlson M (2008) SNF1/AMPK pathways in yeast. Front Biosci 13:2408–2420. https://doi.org/10.2741/2854
Kaspar von Meyenburg H (1969) Energetics of the budding cycle of Saccharomyces cerevisiae during glucose limited aerobic growth. Arch Mikrobiol 66:289–303. https://doi.org/10.1007/bf00414585
Vaupel P, Multhoff G (2021) Revisiting the Warburg effect: historical dogma versus current understanding. J Physiol 599:1745–1757. https://doi.org/10.1113/jp278810
Hanahan D, Weinberg RA (2011) Hallmarks of cancer: the next generation. Cell 144:646–674. https://doi.org/10.1016/j.cell.2011.02.013
Dimmer KS, Fritz S, Fuchs F, Messerschmitt M, Weinbach N, Neupert W et al (2002) Genetic basis of mitochondrial function and morphology in Saccharomyces cerevisiae. Mol Biol Cell 13:847–853. https://doi.org/10.1091/mbc.01-12-0588
Martinez-Ortiz C, Carrillo-Garmendia A, Correa-Romero BF, Canizal-Garcia M, Gonzalez-Hernandez JC, Regalado-Gonzalez C et al (2019) SNF1 controls the glycolytic flux and mitochondrial respiration. Yeast 36:487–494. https://doi.org/10.1002/yea.3399
Olivares-Marin IK, Madrigal-Perez LA, Canizal-Garcia M, Garcia-Almendarez BE, Gonzalez-Hernandez JC, Regalado-Gonzalez C (2018) Interactions between carbon and nitrogen sources depend on RIM15 and determine fermentative or respiratory growth in Saccharomyces cerevisiae. Appl Microbiol Biotechnol 102:4535–4548. https://doi.org/10.1007/s00253-018-8951-3
Babicki S, Arndt D, Marcu A, Liang Y, Grant JR, Maciejewski A et al (2016) Heatmapper: web-enabled heat mapping for all. Nucleic Acids Res 8:W147-153. https://doi.org/10.1093/nar/gkw419
Hagman A, Piškur J (2015) A study on the fundamental mechanism and the evolutionary driving forces behind aerobic fermentation in yeast. PloS one. 10:e0116942. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0116942
Verduyn C, Zomerdijk TPL, van Dijken JP, Scheffers WA (1984) Continuous measurement of ethanol production by aerobic yeast suspensions with an enzyme electrode. Appl Microbiol Biotechnol 19:181–185. https://doi.org/10.1007/BF00256451
Wu H, Chen L, Zhu F, Han X, Sun L, Chen K. (2019). The cytotoxicity effect of resveratrol: cell cycle arrest and induced apoptosis of breast cancer 4T1 cells. Toxins (Basel). 11. https://doi.org/10.3390/toxins11120731.
Han H, Zhang T, Jin Z, Guo H, Wei X, Liu Y et al (2017) Blood glucose concentration and risk of liver cancer: systematic review and meta-analysis of prospective studies. Oncotarget. 8:50164–50173. https://doi.org/10.18632/oncotarget.16816
DeBerardinis RJ, Mancuso A, Daikhin E, Nissim I, Yudkoff M, Wehrli S et al (2007) Beyond aerobic glycolysis: transformed cells can engage in glutamine metabolism that exceeds the requirement for protein and nucleotide synthesis. Proc Natl Acad Sci USA 104:19345–19350. https://doi.org/10.1073/pnas.0709747104
Schiliro C, Firestein BL. (2021). Mechanisms of metabolic reprogramming in cancer cells supporting enhanced growth and proliferation. Cells. 10. https://doi.org/10.3390/cells10051056.
Pineda CT, Ramanathan S, FonTacer K, Weon JL, Potts MB, Ou YH et al (2015) Degradation of AMPK by a cancer-specific ubiquitin ligase. Cell 160:715–728. https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.034
Faubert B, Boily G, Izreig S, Griss T, Samborska B, Dong Z et al (2013) AMPK is a negative regulator of the Warburg effect and suppresses tumor growth in vivo. Cell Metab 17:113–124. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2012.12.001
Matsumoto S, Iwakawa R, Takahashi K, Kohno T, Nakanishi Y, Matsuno Y et al (2007) Prevalence and specificity of LKB1 genetic alterations in lung cancers. Oncogene 26:5911–5918. https://doi.org/10.1038/sj.onc.1210418
Wingo SN, Gallardo TD, Akbay EA, Liang MC, Contreras CM, Boren T et al (2009) Somatic LKB1 mutations promote cervical cancer progression. PloS one 4:e5137. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0005137
Olivares-Marin IK, González-Hernández JC, Regalado-Gonzalez C, Madrigal-Perez LA (2018) Saccharomyces cerevisiae exponential growth kinetics in batch culture to analyze respiratory and fermentative metabolism. J Visual Exp JoVE. https://doi.org/10.3791/58192
Vara-Ciruelos D, Dandapani M, Russell FM, Grzes KM, Atrih A, Foretz M et al (2019) Phenformin, but not metformin, delays development of T cell acute lymphoblastic leukemia/lymphoma via cell-autonomous AMPK activation. Cell Rep 27:690-698.e694. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.03.067
González A, Hall MN, Lin SC, Hardie DG (2020) AMPK and TOR: The yin and yang of cellular nutrient sensing and growth control. Cell Metab 31:472–492. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2020.01.015
Carlson M, Osmond BC, Botstein D (1981) Mutants of yeast defective in sucrose utilization. Genetics 98:25–40. https://doi.org/10.1093/genetics/98.1.25
Carrillo-Garmendia A, Martinez-Ortiz C, Martinez-Garfias JG, Suarez-Sandoval SE, González-Hernández JC, Nava GM et al (2022) Snf1p/Hxk2p/Mig1p pathway regulates hexose transporters transcript levels, affecting the exponential growth and mitochondrial respiration of Saccharomyces cerevisiae. Fungal Gene Biol : FG & B. 161:103701. https://doi.org/10.1016/j.fgb.2022.103701
Hsu JW, Chen KJ, Lee FJ (2015) Snf1/AMP-activated protein kinase activates Arf3p to promote invasive yeast growth via a non-canonical GEF domain. Nat Commun 6:7840. https://doi.org/10.1038/ncomms8840
Behroozaghdam M, Dehghani M, Zabolian A, Kamali D, Javanshir S, HasaniSadi F et al (2022) Resveratrol in breast cancer treatment: from cellular effects to molecular mechanisms of action. Cell Mole Life Sci : CMLS 79:539. https://doi.org/10.1007/s00018-022-04551-4
Wu XY, Zhai J, Huan XK, Xu WW, Tian J, Farhood B (2022) A systematic review of the therapeutic potential of resveratrol during colorectal cancer chemotherapy. Mini Rev Med Chem. https://doi.org/10.2174/1389557522666220907145153
Olivares-Marin IK, Gonzalez-Hernandez JC, Madrigal-Perez LA (2019) Resveratrol cytotoxicity is energy-dependent. J food Biochem 43:e13008. https://doi.org/10.1111/jfbc.13008
Ramos-Gomez M, Olivares-Marin IK, Canizal-Garcia M, Gonzalez-Hernandez JC, Nava GM, Madrigal-Perez LA (2017) Resveratrol induces mitochondrial dysfunction and decreases chronological life span of Saccharomyces cerevisiae in a glucose-dependent manner. J Bioenerg Biomembr 49:241–251. https://doi.org/10.1007/s10863-017-9709-9
Madrigal-Perez LA, Canizal-Garcia M, Gonzalez-Hernandez JC, Reynoso-Camacho R, Nava GM, Ramos-Gomez M (2016) Energy-dependent effects of resveratrol in Saccharomyces cerevisiae. Yeast 33:227–234. https://doi.org/10.1002/yea.3158
Hawley SA, Ross FA, Chevtzoff C, Green KA, Evans A, Fogarty S et al (2010) Use of cells expressing gamma subunit variants to identify diverse mechanisms of AMPK activation. Cell Metab 11:554–565. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2010.04.001
Kong W, Zhu H, Zheng S, Yin G, Yu P, Shan Y et al (2022) Larotrectinib induces autophagic cell death through AMPK/mTOR signalling in colon cancer. J Cell Mol Med. https://doi.org/10.1111/jcmm.17530
Bost F, Decoux-Poullot AG, Tanti JF, Clavel S (2016) Energy disruptors: rising stars in anticancer therapy? Oncogenesis 5:e188. https://doi.org/10.1038/oncsis.2015.46
Nicastro R, Tripodi F, Guzzi C, Reghellin V, Khoomrung S, Capusoni C et al (2015) Enhanced amino acid utilization sustains growth of cells lacking Snf1/AMPK. Biochem Biophys Acta 1853:1615–1625. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2015.03.014
Orlova M, Ozcetin H, Barrett L, Kuchin S (2010) Roles of the Snf1-activating kinases during nitrogen limitation and pseudohyphal differentiation in Saccharomyces cerevisiae. Eukaryot Cell 9:208–214. https://doi.org/10.1128/ec.00216-09
Bonanno L, Zulato E, Pavan A, Attili I, Pasello G, Conte P, et al. (2019). LKB1 and tumor metabolism: the interplay of immune and angiogenic microenvironment in lung cancer. International journal of molecular sciences. 20. https://doi.org/10.3390/ijms20081874
Wang L, Yang X, Jiang HY, Song ZM, Lin X, Hu XP et al (2022) Protein kinases Elm1 and Sak1 of Saccharomyces cerevisiae exerted different functions under high-glucose and heat shock stresses. Appl Microbiol Biotechnol 106:2029–2042. https://doi.org/10.1007/s00253-022-11840-2
Yang X, Meng L, Lin X, Jiang HY, Hu XP, Li CF (2021) Role of Elm1, Tos3, and Sak1 protein kinases in the maltose metabolism of baker’s yeast. Front Microbiol 12:665261. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.665261
Moore JK, Chudalayandi P, Heil-Chapdelaine RA, Cooper JA (2010) The spindle position checkpoint is coordinated by the Elm1 kinase. J Cell Biol 191:493–503. https://doi.org/10.1083/jcb.201006092
Kang H, Tsygankov D, Lew DJ (2016) Sensing a bud in the yeast morphogenesis checkpoint: a role for Elm1. Mol Biol Cell 27:1764–1775. https://doi.org/10.1091/mbc.E16-01-0014