Revolve顯微鏡在代謝重編程和線粒體質量控制在癌癥應激損傷的應用

2020年初，吉林大學基礎醫(yī)學院病理生理學系和吉林大學中日聯合醫(yī)院放射腫瘤科聯合在《Journal of Cancer 2020; 11(4): 962-973. doi: 10.7150/jca.34330》雜志上發(fā)表了文章。

文章研究方向

丙酮酸脫氫酶激酶1（PDK1）是聯系糖酵解和三羧酸循環(huán)之間的一個關鍵因素。通過靶向PDK1抑制糖酵解恢復線粒體氧化磷酸化功能已成為腫瘤治療的熱點。然而，代謝變化影響線粒體功能的具體機制尚不清楚。最近的研究發(fā)現，線粒體質量控制，如線粒體蛋白質穩(wěn)態(tài)，在維持線粒體功能方面起著重要作用。本文以PDK1為研究對象，探討了代謝變化影響線粒體氧化磷酸化功能的具體機制。

研究方法

為了研究PDK1抑制對肝癌的影響，我們首先檢測了用PDK1抑制劑DCA（二氯乙酸）處理24小時和48小時后HepG2和HepG3B細胞的活性。結果表明，DCA以劑量依賴的方式降低HepG2和HepG3B細胞的活力。為了進一步檢測細胞增殖能力，我們檢測了DCA處理后HepG2和HepG3B細胞的細胞周期。如圖1C所示，DCA處理組HepG2和HepG3B細胞的細胞周期在24小時后停滯在G2/M期，用annexin/PI染色檢測DCA處理24h后細胞凋亡，80mm DCA HepG2和HepG3B細胞組的凋亡率均高于各自對照組。結果表明，DCA可抑制HepG2和HepG3B細胞的增殖，誘導細胞周期阻滯和凋亡。

用shPDK1表達載體或空載體轉染HepG2細胞48h來顯示shPDK1對線粒體質量控制的影響。結果如圖A所示用染色和ECHO  Revolve熒光顯微鏡（400×）觀察線粒體網絡。量化線粒體微管化、中間化和碎片化的細胞比例（每個樣本n=100個細胞）。

為了證實DCA通過體內抑制PDK1的潛在抗癌作用，作者測試了其在人皮下HepG2異種移植植物中的治療效果。將荷瘤裸鼠隨機分為對照組和DCA（100mg/kg）腹腔注射組。24天后，我們測量了HepG2異種移植瘤的體積和重量。與對照組相比，DCA治療的腫瘤明顯更小，重量更小（圖6A–C）。兩組之間的總毒性或體重沒有顯著差異（圖6D）。

結果表明，在不同濃度的二氯乙酸（DCA）和短發(fā)夾PDK1作用下，HepG2和HepG3B細胞的葡萄糖代謝由厭氧糖酵解轉變?yōu)榫�粒體三羧酸循環(huán)。經DCA處理或PDK1基因敲除后，線粒體形態(tài)逐漸濃縮，出現較短、較破碎的細絲。此外，線粒體自噬蛋白parkin和PTEN誘導激酶表達下調，生物合成蛋白過氧化物酶體增殖物激活受體γ-輔激活因子1α（PGC1α）及其調控復合物I、III、I V和V蛋白表達下調。這表明PDK1的抑制作用影響了線粒體質量控制水平。線粒體功能分析顯示線粒體活性氧含量顯著增加，膜電位降低。因此，PDK1抑制的葡萄糖代謝重編程可導致線粒體質量控制紊亂，加重線粒體應激損傷。

Revolve展現了其非凡的靈活性，可以輕松地實現正置和倒置顯微鏡轉換，創(chuàng)新性地把正倒置顯微鏡合二為一，開啟了顯微鏡Hybrid時代。

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