大腸癌HCT116細胞をジクロロ酢酸ナトリウムで処理した場合のプロテオーム、アセチローム、サクシニロームのクロストークの解析

Crosstalk among proteome, acetylome and succinylome in colon cancer HCT116 cell treated with sodium dichloroacetate.

• Danxi Zhu
• Lidan Hou
• Bin Hu
• Hang Zhao
• Jie Sun
• Jianhua Wang
• Xiangjun Meng

抄録

タンパク質のリジンアセチル化とサクシニル化は、細胞内で重要な制御的役割を果たしており、両者、あるいは互いに密接な関係を持っている。ピルビン酸脱水素酵素キナーゼ（PDK）阻害剤としてよく知られているジクロロアセテート（DCA）は、大腸がんを含むいくつかの腫瘍に対して抗がん剤として使用される可能性がある。しかし、グローバルプロテオーム、アセチローム、サクシニロームなどのタンパク質翻訳後修飾（PTM）によるDCAを用いたがん治療の可能性については、ほとんど知られていない。本研究では、安定同位体標識（SILAC）、抗体アフィニティー濃縮、高分解能LC-MS/MSを組み合わせて、ヒト大腸癌HCT116細胞を用いて解析を行った。定量化可能なプロテオームは、バイオインフォマティクスを用いてアノテーションされた。その結果、DCA処理に対して、タンパク質4,518個、アセチル化部位1,436個、サクシニル化部位671個がそれぞれ定量された。定量化されたアセチル化部位のうち、増加した部位が158部位（定量比1.5以上）、減少した部位が145部位（定量比0.67以下）であった。一方、アップレギュレーションされた179部位とダウンレギュレーションされた114部位のサクシニル化部位が同定された。バイオインフォマティクス解析の結果、アセチル化とサクシニル化がDCAによる抗がん作用に関連して細胞内の様々な機能に関与していることが明らかになりました。特に、タンパク質-タンパク質相互作用ネットワーク解析では、タンパク質のアセチル化とサクシニル化によって修飾された広範な相互作用が示された。これらの結果から、本研究は DCA を用いたがん治療のメカニズムの解明につながる可能性があると考えられる。

Protein lysine acetylation and succinylation play important regulatory roles in cells, both of which or each other has a close relationship. Dichloroacetate (DCA), a well-known pyruvate dehydrogenase kinase (PDK) inhibitor, has the potential to be used as anti-cancer drugs for several tumors including colorectal cancer. However, little is known about the potential mechanism of DCA-based cancer therapy by protein posttranslational modifications (PTM) including global proteome, acetylome and succinylome. Here the combinations with stable isotope labeling (SILAC), antibody affinity enrichment and high resolution LC-MS/MS analysis were performed in human colon cancer HCT116 cells. The quantifiable proteome was annotated using bioinformatics. In total, 4,518 proteins, 1,436 acetylation sites, and 671 succinylation sites were quantified, respectively to DCA treatment. Among the quantified acetylated sites, 158 were with increased level (quantification ratio >1.5) and 145 with decreased level (quantification ratio <0.67). Meanwhile, 179 up-regulated and 114 down-regulated succinylated sites were identified. The bioinformatics analyses initially showed acetylation and succinylation were involved in a wide range of cellular functions upon DCA-based anti-cancer effects. Notably, protein-protein interaction network analyses demonstrated widespread interactions modulated by protein acetylation and succinylation. Taken together, this study may shed a light on understanding the mechanism of DCA-based cancer treatment.