ribose dérivé d’uridine comme source d’énergie alternative

Dans une étude récente publiée dans Métabolisme naturelles chercheurs ont tenté d’identifier de nouveaux gènes et voies moléculaires susceptibles de fournir de l’énergie lorsque la disponibilité du glucose ou d’autres nutriments est limitée.

Arrière-plan

En l’absence de glucose ou sa disponibilité limitée, des nutriments alternatifs doivent être exploités par toutes les cellules vivantes pour tolérer une perte complète de glucose, la source de toute l’énergie et du carbone nécessaires à la croissance. Des études antérieures ont démontré que la fraction ribose de l’uridine, éléments constitutifs des nucléotides de l’acide ribonucléique (ARN), pourrait aider à exploiter l’énergie via trois voies, comme suit :

i) clivage phosphorolytique catalysé par l’uridine phosphorylase 1 (UPP1)/UPP2 de l’uridine en uracile et ribose-1-phosphate (R1P);

ii) conversion de R1P en glycéraldéhyde-3-P et fructose-6-P via la voie des pentoses phosphates (PPP) ;

iii) utilisation glycolytique pour alimenter la production, la biosynthèse et la gluconéogenèse de l’adénosine triphosphate (ATP).

L’ARN est une molécule instable, c’est-à-dire très sensible aux RNases. Cependant, l’uridine dérivée de l’ARN joue un rôle dans la glycosylation en l’absence de glucose, et l’uridine phosphorylase aide à maintenir les niveaux d’ATP pendant la restriction du glucose dans le cerveau.

À propos de l’étude

Dans la présente étude, les chercheurs ont effectué un dépistage de l’épuisement de la protéine 9 associée à CRISPR (CRISPR-Cas9) à l’échelle du génome sensibilisé aux nutriments en utilisant des cellules K562 exprimant UPP1 cultivées dans un milieu sans glucose ou contenant de l’uridine/pyruvate. Le milieu d’Eagle modifié de Dulbecco (DMEM), deux substrats médiocres pour la glycolyse, et un test de croissance PRISM sur 482 lignées de cellules cancéreuses, dont 22 sont des lignées de tumeurs solides.

Ils ont confirmé la capacité de ces cellules à effectuer la glycolyse à partir du ribose dérivé de l’uridine dans les lignées de cellules cancéreuses, les macrophages primaires et un modèle murin, c’est-à-dire in vivo. Ils ont également étudié le mécanisme utilisé par l’uridine pour faciliter la croissance des cellules exprimant UPP1. De plus, ils ont transduit des cellules K562 avec une bibliothèque ORFeome v8.1 comprenant 17 255 cadres de lecture ouverts (ORF) à code-barres et des codes-barres séquencés après avoir récolté ces cellules 21 jours plus tard en utilisant le séquençage de nouvelle génération.

L’équipe a également conçu une expérience de traceur pour tester si le ribose dérivé de l’uridine pouvait fonctionner comme substrat de glycolyse. À cette fin, ils ont utilisé de l’uridine marquée isotopiquement avec cinq carbones ribose (13C5-uridine) et ont effectué une chromatographie liquide-spectrométrie de masse (LC-MS).

Résultats

Des expériences avec des cellules K562 exprimant UPP1 ont montré qu’une activité élevée d’uridine phosphorylase dans un milieu sans sucre complété par de l’ARN facilitait la croissance cellulaire en l’absence totale de glucose. A l’inverse, l’expression de UPP1/UPP2, ou l’ajout d’uridine, n’a eu aucun effet dans un milieu contenant du glucose.

En accord avec le criblage ORF, UPP1 était le transcrit le mieux noté à l’échelle du génome dans la collection PRISM, c’est-à-dire bien caractérisé au niveau moléculaire. Ainsi, de nombreuses lignées cellulaires de cette collection se sont remarquablement bien développées dans l’uridine, par exemple, les lignées de mélanome et de gliome. Dans l’ensemble, ces expériences ont confirmé que l’expression endogène de UPP1 était nécessaire à la croissance des cellules cancéreuses sur l’uridine.

De nombreuses études antérieures ont mis en évidence que les cellules vivantes présentant des déficiences mitochondriales (nécessaires à la phosphorylation oxydative) dépendent de l’uridine pour la synthèse de la pyrimidine, une activité couplée à la chaîne de transport d’électrons. Pourtant, il est sous-estimé que la supplémentation en uridine favorise la croissance cellulaire pendant la déplétion en glucose.

Dans cette étude, les auteurs ont montré que l’uridine servait également de substrat pour l’énergie (ou la production d’ATP) et la gluconéogenèse en dehors de la biosynthèse des ARN en l’absence de glucose. Au niveau moléculaire, UPP1/UPP2 a clivé par phosphorolyse le fragment ribose dérivé de l’uridine et l’a fait passer par les processus non-oxPPP et glycolytiques, facilitant ainsi le métabolisme des nucléotides et la gluconéogenèse.

En conséquence, les auteurs ont observé une quantité significative de marquage dans les intermédiaires glycolytiques et le lactate sécrété lorsque les cellules étaient supplémentées en uridine tout en proliférant dans un milieu sans sucre. Ils ont également détecté des schémas de marquage du ribose dérivé de l’uridine dans le foie et l’organisme entier. in vivo.

Wice et al., Loffler et al. et Linker et al. ont tous comparé l’uridine à d’autres nucléosides en utilisant des expériences de traceur similaires. Ils ont observé l’assimilation des carbones dérivés de l’uridine dans la plupart des cultures de cellules de mammifères et des embryons de poulet. Cependant, comme ils n’ont pas détecté de lactate et de pyruvate, ils ont proposé que les cellules tiraient entièrement leur énergie de la glutamine lorsque le glucose était épuisé.

D’autres études ont rapporté que l’uridine protégeait les neurones corticaux et stimulait les astrocytes de la mort cellulaire déclenchée par la privation de glucose, similaire à l’ATP, supposant ainsi que l’uridine pourrait également être une source d’ATP. Les résultats de l’étude actuelle concordaient avec cette hypothèse.

conclusion

Pour conclure, les auteurs ont observé que la capacité à exploiter les éléments constitutifs de l’énergie et du carbone à partir de l’uridine était répandue. En outre, les auteurs ont noté que UPP1 était le locus de gène de trait quantitatif le plus robuste pour l’uridine en circulation, et que le déterminant clé de l’uridine en circulation était l’activité de l’uridine phosphorylase.

En conséquence, les lignées cellulaires de cancer du gliome et du mélanome, les macrophages primaires d’origine humaine et murine, et même les tissus exprimant UPP1/UPP2 in vivo, tous ont montré une capacité exceptionnelle de catabolisme ou de glycolyse du ribose dérivé de l’uridine. Sur la base d’études d’expression génique, l’uridine pourrait être la source d’énergie alternative dans les cellules sanguines, le cerveau, les poumons, les reins et certains cancers. Il est également fort probable que l’uridine soit un nucléoside soluble abondant dans la circulation.