《Cellular Signalling》：Oncometabolite D-2-hydroxyglutarate regulates actin dynamics and nuclear homeostasis in IDH1-mutant glioma
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IDH突變膠質瘤中D-2-HG代謝物通過表觀遺傳調控影響actin動態，導致細胞骨架和核結構異常，并通過lamin A和TERT的相互作用揭示核actin聚合對基因組穩定性的關鍵作用。
Kirti Lathoria|Sonia B. Umdor|Shruti Patrick|Pruthvi Gowda|Jyotsna Singh|Shanker Datt Joshi|Vaishali Suri|Ellora Sen
印度馬內薩爾國家腦研究中心細胞與分子神經科學部門，郵編122052
摘要
在攜帶IDH1突變的膠質瘤中，致癌代謝物D-2-羥基戊二酸（D-2-HG）的積累會導致表觀遺傳失調和信號通路改變。盡管異常的肌動蛋白細胞骨架結構是膠質母細胞瘤的標志性特征，但膠質瘤相關致癌代謝物對肌動蛋白動態的影響仍知之甚少。通過對按IDH突變狀態分層的患者腫瘤活檢進行全基因組DNA甲基化分析，發現IDH突變膠質瘤中許多調控肌動蛋白的基因發生廣泛甲基化。這與IDH突變腫瘤中關鍵細胞骨架蛋白CFL1、CDC42和ARP2的表達減少相吻合。在過表達IDH1-R132H或經2HG處理的膠質瘤細胞中也觀察到了類似的變化，表現為F-肌動蛋白/G-肌動蛋白比例降低以及Rho-GTP酶活性減弱，表明肌動蛋白聚合減少。G-肌動蛋白的積累增加與lamin A和TERT水平下降以及DNA損傷標志物γH2AX升高同時發生。值得注意的是，lamin A分別作為TERT和γH2AX的正向或負向調節因子。端粒FISH分析顯示，經2HG處理的細胞中端粒的核組織發生改變，核形態也發生變化。重要的是，在經2HG處理的細胞中強制促進肌動蛋白聚合可以恢復lamin A的表達，降低TERT水平，并減少γH2AX；這表明肌動蛋白動態與核狀態之間存在功能聯系。總體而言，我們的發現揭示了致癌代謝物D-2-HG在調節肌動蛋白動態中的先前未被認識的作用，并填補了膠質瘤中結構-代謝耦合機制的空白。
引言
異檸檬酸脫氫酶（IDH）基因的突變，尤其是IDH1中的R132H突變，定義了低級別膠質瘤和繼發性膠質母細胞瘤的分子特征[1]。這些新生突變使IDH酶獲得功能增強，從而導致致癌代謝物D-2-羥基戊二酸（D-2-HG）的積累。IDH突變與腫瘤生長較慢、對治療更敏感以及預后更佳相關[2]、[3]。IDH1突變膠質瘤的這些特征主要歸因于D-2-HG的積累。由于與更好的預后相關，IDH突變成為膠質瘤重要的診斷和預后生物標志物[4]、[5]。肌動蛋白細胞骨架的變化促進了腫瘤發生[6]、[7]。已知細胞骨架調節因子驅動膠質瘤的形成[8]，并且IDH1突變腫瘤的特征之一是肌動蛋白細胞骨架結構的改變[9]。氧化應激是膠質瘤細胞中肌動蛋白組織的調節因素[10]，據報道IDH1 R132H膠質瘤細胞中的ROS水平升高[11]。盡管肌動蛋白動態控制著多種細胞功能[6]，但IDH突變驅動的膠質瘤形成中一個關鍵但尚未充分研究的方面是肌動蛋白細胞骨架的調節。
肌動蛋白重塑受到GTP酶及相關蛋白復合體網絡的調控。Rho家族GTP酶CDC42和促進肌動蛋白成核的復合體ARP2/3參與膠質瘤中的細胞骨架重塑[12]。lamin A通過與核肌動蛋白相互作用來維持核形狀和基因組完整性[13]。A型lamin的缺失會導致端粒組織改變并導致端粒縮短[14]，而A型lamin參與維持端粒穩定性[15]。也有研究報道肌動蛋白動態在端粒維持中的可能作用[16]。此外，lamin A與核骨架-細胞骨架連接（LINC）復合體相互作用以促進F-肌動蛋白的聚合[17]。這些發現表明A型lamin與肌動蛋白細胞骨架和端粒密切相關，它們的相互作用在癌癥進展中可能具有重要作用。除了引發代謝重編程和改變表觀遺傳景觀[18]外，IDH1突變和D-2-HG的積累還與端粒維持的變化相關[11]、[19]。雖然其他癌癥的研究暗示了肌動蛋白細胞骨架動態與核結構之間的功能相互作用，但這些關系在膠質瘤中，特別是在IDH突變和D-2-HG積累的背景下，尚未得到充分研究。鑒于越來越多地認識到肌動蛋白在核調控中的作用以及D-2-HG對細胞骨架和核組織相互作用的影響尚未充分探索，我們研究了IDH突變和D-2-HG是否影響膠質瘤中的肌動蛋白動態和核結構。
章節摘錄
IDH突變膠質瘤患者中與肌動蛋白細胞骨架相關的蛋白質含量減少
IDH1突變在膠質瘤中建立了CpG島甲基化表型（CIMP），并且與更好的生存率相關[20]。我們對按IDH突變狀態分層的患者活檢進行了全基因組甲基化分析，以識別在IDH突變膠質瘤中選擇性甲基化的基因。分析顯示，許多與肌動蛋白細胞骨架調節相關的基因在IDH突變腫瘤中發生特異性甲基化，表明肌動蛋白動態發生了改變（圖1A、B）。
討論
Cofilin-1、CDC42和ARP2是肌動蛋白細胞骨架機制的核心組成部分，它們與一個更廣泛的調控肌動蛋白可塑性的基因網絡緊密相連。CDC42激活ARP2/3復合體并促進肌動蛋白成核，而Cofilin-1則促進肌動蛋白纖維的斷裂和回收[34]。這些因素與其他關鍵的肌動蛋白動態調節因子（如profilin、cortactin和Rho-GTP酶調節因子）一起，使得細胞骨架能夠快速重塑。
IDH野生型和IDH1突變患者來源腫瘤的甲基化分析
患者來源的IDH野生型和IDH1突變膠質瘤組織是根據印度醫學科學研究所（AIIMS）的倫理委員會指南（IEC 200/04.03.2022和AIIMSA00916/05.03.2024）從新德里獲得的。使用Infinium HumanMethylation935（EPICv2.0陣列）和Illumina的甲基化協議指南，對每個IDH WT和IDH MT膠質瘤組織進行了10個樣本的DNA甲基化分析。甲基化水平以β值表示，并進行了量化。
CRediT作者貢獻聲明
Kirti Lathoria：撰寫 – 審稿與編輯、撰寫 – 原始草稿、可視化、驗證、方法學、研究、正式分析、數據管理。Sonia B. Umdor：撰寫 – 審稿與編輯、撰寫 – 原始草稿、可視化、驗證、方法學、研究、正式分析、數據管理。Shruti Patrick：撰寫 – 審稿與編輯、撰寫 – 原始草稿、可視化、驗證、方法學、正式分析、數據管理。Pruthvi Gowda：撰寫 – 審稿與編輯，
資助
本研究得到了科學技術部的SERB-POWER獎學金（DST, SPF/2021/000199）以及由印度醫學研究委員會資助的先進研究中心（CAR）（EM/Dev/CAR/01/0090/2024）的支持。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文所述工作的競爭性財務利益或個人關系。
致謝
我們感謝Rajesh Kumar Kumawat提供的技術支持。
以下是與本文相關的補充數據。
