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天冬氨酸信号通过可替代翻译驱动肺转移

SCI天天读  · 公众号  ·  · 2025-01-18 20:00

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SCI

18 December 2025

Aspartate signalling drives lung metastasis via alternative translation

(Nature, IF: 50.5)

  • Ginevra Doglioni, Juan Fernández-García, Sebastian Igelmann, Patricia Altea-Manzano, Arnaud Blomme, Rita La Rovere, Xiao-Zheng Liu, Yawen Liu, Tine Tricot, Max Nobis, Ning An, Marine Leclercq, Sarah El Kharraz, Panagiotis Karras, Yu-Heng Hsieh, Fiorella A. Solari, Luiza Martins Nascentes Melo, Gabrielle Allies, Annalisa Scopelliti, Matteo Rossi, Ines Vermeire, Dorien Broekaert, Ana Margarida Ferreira Campos, Patrick Neven, Marion Maetens, Karen Van Baelen1, H. Furkan Alkan1, Mélanie Planque, Giuseppe Floris, Albert Sickmann , Alpaslan Tasdogan, Jean-Christophe Marine, Colinda L. G. J. Scheele, Christine Desmedt, Geert Bultynck, Pierre Close & Sarah-Maria Fendt

  • CORRESPONDENCE TO: [email protected]

Lung metastases occur in up to 54% of patients with metastatic tumours Contributing factors to this high frequency include the physical properties of the pulmonary system and a less oxidative environment that may favour the survival of cancer cells. Moreover, secreted factors from primary tumours alter immune cells and the extracellular matrix of the lung, creating a permissive pre-metastatic environment primed for the arriving cancer cells. Nutrients are also primed during pre-metastatic niche formation6. Yet, whether and how nutrients available in organs in which tumours metastasize confer cancer cells with aggressive traits is mostly undefined. Here we found that pulmonary aspartate triggers a cellular signalling cascade in disseminated cancer cells, resulting in a translational programme that boosts aggressiveness of lung metastases. Specifically, we observe that patients and mice with breast cancer have high concentrations of aspartate in their lung interstitial fluid. This extracellular aspartate activates the ionotropic N-methyl-d-aspartate receptor in cancer cells, which promotes CREB-dependent expression of deoxyhypusine hydroxylase (DOHH). DOHH is essential for hypusination, a post-translational modification that is required for the activity of the non-classical translation initiation factor eIF5A. In turn, a translational programme with TGFβ signalling as a central hub promotes collagen synthesis in lung-disseminated breast cancer cells. We detected key proteins of this mechanism in lung metastases from patients with breast cancer. In summary, we found that aspartate, a classical biosynthesis metabolite, functions in the lung environment as an extracellular signalling molecule to promote aggressiveness of metastases.

在转移性肿瘤患者中,肺部转移的发生率高达54%。这种高频率与呼吸系统的生理特性及其较低的氧化环境有关,这些条件可能有利于癌细胞的生存。此外,原发肿瘤分泌的因子能够改变肺部免疫细胞和细胞外基质,形成一个适宜癌细胞定植的转移前微环境。此外,在转移前生态位的形成过程中,营养物质也被激活。然而,尚不清楚这些肿瘤转移器官中的可用营养物质是否以及如何赋予癌细胞侵袭性特征。在本研究中,我们发现肺部的天冬氨酸会触发分散于癌细胞中的信号级联反应,从而启动一种翻译程序,增强肺转移癌的侵袭性。具体而言,我们观察到乳腺癌患者和乳腺癌小鼠的肺间质液中天冬氨酸浓度较高。这种细胞外天冬氨酸通过激活癌细胞中的离子型N-甲基-D-天冬氨酸受体,促进了CREB依赖的脱氧辅蛋白羟化酶(DOHH)表达。DOHH对于羟腐胺赖氨酸化至关重要,而羟腐胺赖氨酸化是非经典翻译起始因子eIF5A活性所必需的翻译后修饰。随后,以TGFβ信号为核心的翻译程序在肺部分散的乳腺癌细胞中促进胶原蛋白的合成。我们在乳腺癌患者的肺转移灶中检测到了这一机制的关键蛋白。综上所述,我们发现天冬氨酸作为一种经典的生物合成代谢物,在肺部环境中可以充当细胞外信号分子,促进转移癌的侵袭性。


AI全文解析
这篇文章研究了 天冬氨酸( Aspartate) 作为信号分子在 肺转移 中的作用,揭示了其通过非经典翻译机制促进肿瘤转移侵袭性的分子机制。以下是文章的重点分析和总结:

研究背景

1. 肺转移的特点

• 肺是多种癌症(包括乳腺癌)的常见转移部位,可能由于其低氧环境和特定的营养条件。

• 肺内的预转移微环境(Pre-metastatic niche, PMN)通过营养素和细胞外基质的改变为癌细胞提供支持。

2. 研究目的

• 探讨天冬氨酸如何作为信号分子,驱动肺转移中癌细胞的侵袭性及其分子机制。

研究发现

1. 天冬氨酸促进癌细胞的侵袭性

• 在乳腺癌小鼠模型和患者的肺间质液中检测到高水平的天冬氨酸。

• 天冬氨酸通过激活 NMDA受体(N-methyl-D-aspartate receptor, NMDA receptor) ,触发了下游的翻译调控信号通路。

2. 非经典翻译机制的关键角色

• NMDA受体的激活导致 eIF5A蛋白的Hypusination修饰

• Hypusination是一种后翻译修饰,是eIF5A活性的必要条件。

• eIF5A通过促进胶原蛋白的翻译,增强癌细胞的基质重塑能力。

• 天冬氨酸- eIF5A通路激活 TGFβ信号 ,进一步促进肺转移的侵袭性。

3. NMDA受体在癌细胞中的特异性作用

• 癌细胞表达高水平的NMDA受体亚基GRIN2D,而其他亚基(如GRIN2B)则相对较低。

• GRIN2D的表达与天冬氨酸的结合能力和信号传递直接相关。

4. 抑制该通路的潜力

• 靶向NMDA受体(如MK-801)或阻断eIF5A Hypusination(如抑制DOHH酶)可以显著减少肺转移的侵袭性。

• 这为转化医学提供了新靶点,例如利用NMDA受体或DOHH抑制剂开发抗转移治疗。

研究意义

1. 新功能的发现

• 天冬氨酸不仅是基础代谢物,还可以作为外源性信号分子,通过激活非经典翻译机制,驱动肿瘤转移。

2. 潜在临床应用

• 针对天冬氨酸信号通路(如NMDA受体或DOHH)的治疗可能显著抑制肺转移。

• 现有的NMDA受体抑制剂(如Memantine)和DOHH抑制剂为快速临床转化提供了可能性。

3. 基础研究贡献

• 提供了癌细胞如何通过代谢重编程适应微环境并增强侵袭性的机制性理解。

结论

本文首次揭示了肺微环境中的天冬氨酸通过激活NMDA受体和eIF5A Hypusination驱动癌细胞转移侵袭性的分子机制。这一发现为抗转移治疗提供了新的靶点,也为深入研究代谢信号在癌症中的作用奠定了基础。


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