靶向環狀RNA ecircOGT/OGT/FOXC1軸抑制神經母細胞瘤進展中天冬酰胺與丙氨酸介導的鐵死亡抵抗

《Research》:Targeting the Exonic Circular OGT RNA/O-GlcNAc Transferase/Forkhead Box C1 Axis Inhibits Asparagine- and Alanine-Mediated Ferroptosis Repression in Neuroblastoma Progression

【字體: 時間:2025年05月24日 來源:Research 8.3

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  本研究針對神經母細胞瘤(NB)中鐵死亡抵抗機制不明的關鍵問題,通過多組學分析揭示了FOXC1通過OGT介導的O-GlcNAc糖基化修飾穩定化,進而激活ASNS和GPT2表達促進天冬酰胺/丙氨酸合成,最終增強CBS和FTH1介導的鐵死亡抵抗的分子通路。創新性發現環狀RNA ecircOGT編碼的OGT-570aa蛋白可競爭性阻斷OGT-FOXC1互作,而抗真菌藥物硝酸咪康唑(MN)能模擬該作用抑制腫瘤進展。該研究為NB治療提供了新靶點和新策略,發表于《Research》。

  

神經母細胞瘤作為兒童最常見的顱外實體腫瘤,其高度異質性和治療抵抗性導致臨床預后差異極大。盡管鐵死亡(一種鐵依賴性的脂質過氧化驅動的新型細胞死亡方式)在腫瘤抑制中展現出潛力,但NB中調控鐵死亡抵抗的代謝重編程機制仍是未解之謎。尤其值得注意的是,氨基酸代謝異常與腫瘤進展密切相關,其中天冬酰胺(Asn)和丙氨酸(Ala)的生物學功能及其調控網絡在NB中尚未闡明。

華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院的研究團隊通過整合多組學分析和功能實驗,系統揭示了FOXC1轉錄因子通過激活ASNS和GPT2表達促進Asn/Ala合成,進而增強CBS(胱硫醚β-合成酶)和FTH1(鐵蛋白重鏈1)介導的鐵死亡抵抗的全新機制。研究發現OGT(O-GlcNAc轉移酶)通過液相分離(LLPS)介導FOXC1的O-GlcNAc糖基化修飾并穩定其蛋白水平,而源自OGT基因的環狀RNA ecircOGT編碼的OGT-570aa蛋白含有部分TPR結構域,可競爭性抑制OGT-FOXC1互作。更引人注目的是,通過篩選FDA批準藥物庫,發現抗真菌劑硝酸咪康唑(MN)能特異性結合OGT-570aa并增強其與FOXC1的相互作用,從而有效抑制NB進展。該成果為靶向氨基酸代謝干預鐵死亡提供了理論依據,相關研究發表于《Research》。

研究采用RNA測序(RNA-seq)分析營養剝奪的SH-SY5Y細胞轉錄組,結合498例NB患者(GSE62564)數據集篩選關鍵基因;通過染色質免疫沉淀測序(ChIP-seq)驗證FOXC1與靶基因啟動子結合;利用體外液相分離實驗和熒光漂白恢復(FRAP)技術證實OGT-FOXC1凝聚體動態特性;構建ecircOGT突變體驗證其編碼蛋白OGT-570aa的功能;采用13C5-谷氨酰胺代謝流分析檢測氨基酸水平;最后通過異種移植模型評估MN的治療效果。臨床樣本分析證實OGT/FOXC1/ASNS/GPT2/CBS/FTH1高表達與NB不良預后相關。

FOXC1促進腫瘤細胞中天冬酰胺和丙氨酸的生物合成
RNA-seq顯示氨基酸剝奪誘導SH-SY5Y細胞1,118個基因上調和1,392個基因下調,GSEA分析揭示這些基因顯著富集于氨基酸代謝通路。ChIP-X程序預測FOXC1是核心轉錄調控因子,臨床數據證實FOXC1高表達與NB患者不良預后相關。功能實驗表明Asn和Ala能特異性抵抗鐵死亡誘導劑erastin的殺傷作用。機制上,FOXC1直接結合ASNS和GPT2啟動子激活其表達,導致細胞內Asn和Ala水平升高,而13C代謝流分析證實FOXC1促進谷氨酰胺向Asn/Ala轉化。

FOXC1通過天冬酰胺/丙氨酸促進CBS和FTH1合成以抑制鐵死亡
多核糖體圖譜分析發現Asn/Ala補充使618個mRNA翻譯上調,其中11個與鐵死亡相關,包括CBS和FTH1。FOXC1過表達提升GSH/GSSG比值、GPX4活性和NADPH/NADP+比率,這些效應可被CBS抑制劑AOAA逆轉。動物實驗顯示FOXC1促進皮下移植瘤生長和肺轉移,而Asn/Ala剝奪或erastin處理可抵消該效應。

OGT與FOXC1在NB細胞中發生物理相互作用
質譜鑒定出335個FOXC1互作蛋白,其中OGT通過TPR結構域與FOXC1的AD1結構域直接結合。BiFC和分子對接證實OGT第296位精氨酸與FOXC1第66/67位氨基酸是互作關鍵位點。

液態OGT/FOXC1凝聚體促進鐵死亡抵抗
PONDR程序預測FOXC1含有內在無序區(IDR),體外重組實驗顯示OGT-mCherry與FOXC1-EGFP可形成液滴狀凝聚體,1,6-己二醇(1,6-Hex)處理可破壞該結構。FRAP顯示凝聚體內蛋白具有快速交換動力學。OGT通過穩定FOXC1上調ASNS/GPT2表達,而IDR缺失或1,6-Hex處理可阻斷該效應。

OGT通過O-GlcNAc糖基化穩定FOXC1蛋白
氨基酸剝奪增強OGT與FOXC1結合及FOXC1 O-GlcNAc修飾。體外實驗證實OGT可直接催化FOXC1 O-GlcNAc糖基化,而O-GlcNAcase(OGA)可逆轉該修飾。位點突變顯示FOXC1第8位絲氨酸(S8)是其關鍵糖基化位點,S8A突變體喪失轉錄激活能力。

ecircOGT編碼的OGT-570aa抑制鐵死亡抵抗
circBase數據庫篩選發現hsa_circ_0091037(ecircOGT)源自OGT基因6-20外顯子,RNase R抗性實驗證實其環化特性。該circRNA編碼的570aa蛋白含有OGT部分TPR結構域,能競爭性結合FOXC1,降低OGT-FOXC1互作,從而抑制Asn/Ala合成和鐵死亡抵抗。

MN通過促進OGT-570aa-FOXC1互作抑制NB進展
從1,495種FDA批準藥物中篩選出MN能最強效抑制OGT-FOXC1互作。FG珠親和實驗顯示MN特異性結合OGT-570aa的GLY468-470殘基。動物實驗證實MN處理顯著抑制腫瘤生長和轉移,延長生存期。

該研究創新性揭示了ecircOGT/OGT/FOXC1軸通過調控Asn/Ala代謝重編程影響鐵死亡敏感性的分子機制,首次報道circRNA編碼蛋白與宿主基因產物的功能性互作模式。臨床意義在于:①闡明NB中氨基酸代謝與鐵死亡的調控網絡;②發現OGT-FOXC1液相分離的生物學功能;③證實ecircOGT編碼蛋白的腫瘤抑制功能;④老藥新用揭示MN的抗癌新機制。這些發現為開發靶向氨基酸代謝的鐵死亡誘導劑提供了重要理論依據,也為NB的精準治療開辟了新途徑。

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