肿瘤的生长和代谢可能依赖于某些特定氨基酸用于蛋白质合成。已有研究表明,某些类型的癌细胞依赖甘氨酸、谷氨酰胺、亮氨酸和丝氨酸进行代谢和增殖。此外,左旋门冬酰胺酶诱导的天冬酰胺缺乏已被用于治疗急性淋巴细胞白血病。然而,此前无法在每个肿瘤中检测哪些氨基酸缺乏可导致其生长受阻。
在2月25日的《自然》杂志上,研究者利用核糖体分析(ribosome profiling)来检测限制性氨基酸。他们开发了diricore方法,这是一种通过核糖体检测不同密码子的技术,用于评估特定氨基酸在蛋白质合成中的可用性。
Diricore基于核糖体分析技术,该技术是一种基于深度测序的定量分析核苷酸翻译的方法。在翻译过程中,核糖体结合并保护约30bp的mRNA片段(RPF),通过核酸酶消化mRNA后,对这些片段进行深度测序,从而获得细胞中蛋白质翻译的图谱。Diricore利用RPF进行亚克隆测序和5'末端密度两种互补方法进行分析。
研究者首先通过代谢抑制和营养缺乏实验验证了diricore的功能。值得注意的是,使用左旋门冬酰胺酶处理会在天冬酰胺密码子处诱导特殊的diricore信号,并伴随高水平的天冬酰胺合成酶(ASNS)表达。
随后,研究者将diricore应用于肾癌研究,发现脯氨酸是限制性氨基酸。与天冬酰胺类似,观察结果与高水平的PYCR1(脯氨酸合成的关键酶)相关,这提示了一种允许肿瘤扩增的代偿机制。PYCR1由脯氨酸前体不足诱导,当脯氨酸缺乏时,抑制该酶可抑制肾癌细胞的增殖。
高水平的PYCR1常在浸润性乳腺癌中观察到。在该肿瘤的体内模型系统中,研究人员也发现脯氨酸是限制性氨基酸。在生长受限条件下,需要PYCR1维持肿瘤生长。进一步研究表明,CRISPR介导的PYCR1基因敲除可阻碍该模型系统中肿瘤的生长。
因此,diricore可用于揭示哪些氨基酸对癌细胞是限制性的,从而寻找可作为癌症治疗重要代谢途径的靶点。