褪黑素减少CDK5上O-GlcNAc修饰抑制膀胱癌的应用研究

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褪黑素是一种在暗环境下经交感神经刺激,由松果体合成和分泌的吲哚类激素,具有维持生理过程中昼夜节律的功能,并具有一定的抗癌活性。褪黑素尤其在葡萄糖稳态和能量代谢的调节中发挥关键作用。O-GlcNAc是一种特殊的O-糖基化修饰,由糖基转移酶OGT催化,将单一的GlcNAc连接在丝氨酸或苏氨酸上。O-GlcNAc的异常表达是癌细胞的特征之一。本研究旨在探究褪黑素调控OGlcNAc修饰水平影响膀胱癌细胞增殖和凋亡的机理,以期为褪黑素的临床应用提供依据。本文通过生物信息学、组织微阵列及细胞模型分析,发现OGT和O-GlcNAc在膀胱癌中表达上升。褪黑素处理可以显著的降低膀胱癌细胞的增殖能力和迁移能力,并促进细胞发生凋亡,阻遏细胞周期;且褪黑素处理显著降低了细胞内的OGlcNAc水平。经蛋白质组学分析发现,褪黑素处理抑制了细胞周期蛋白依赖激酶5(CDK5)的表达,且CDK5存在O-GlcNAc修饰。通过生物信息学、组织微阵列和临床样本分析发现膀胱癌中CDK5的表达显著高于癌旁组织。在正常膀胱细胞HCV29过表达CDK5后,细胞的增殖和迁移能力增强,G2期细胞比例增加;而干扰恶性膀胱癌细胞YTS-1中CDK5后,细胞的增殖能力减弱,迁移能力下降,并且G2期细胞比例减少。表明CDK5蛋白具有促进膀胱癌的发生发展的功能。发现褪黑素和OSMI-1可以减少CDK5上的OGlcNAc修饰,并增加泛素化修饰,使CDK5通过蛋白酶体途径被降解,表明OGlcNAc具有维持CDK5蛋白稳定的功能。已知,CDK5具有4个O-GlcNAc位点,将其分别突变后,发现T246位被突变后,CDK5蛋白降解加速,表明发生在T246位的O-GlcNAc修饰对于维持CDK5稳定发挥重要作用。褪黑素处理并未影响OGT与OGA的表达,而是通过降低己糖胺(HBP)通路的限速酶GFAT的基因转录,降低HBP途径的代谢通量,导致其最终产物UDP-GlcNAc水平降低,从而降低了细胞的O-GlcNAc修饰。总之,本研究发现褪黑素通过抑制HBP的限速酶GFAT,使UDP-GlcNAc降低,从而降低CDK5上的O-GlcNAc修饰,促使CDK5降解,抑制了膀胱癌细胞的增殖和迁移,并促进了细胞凋亡,提示褪黑素具有治疗膀胱癌的潜在应用前景。
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