Identification of reversible acetylation of PAICS mediated by SIRT1 and CBP as a new possible regulatory factor

Abstract

Metabolic reprogramming is one of hallmarks of cancer. It is required to meet increased biogenetic demands in survival of cancer. Cancer accumulates genetic mutations involved in tumor suppressors and oncogenes for overcome metabolic control system. Among many metabolic reprogramming for cancer growth, nucleotide biosynthesis has been well known as a critical factor for cancer to rapidly grow. Indeed, previous studies have showed that the expression of several genes related to de novo purine biosynthesis such as PPAT (phosphoribosyl pyrophosphate aminotransferase), PAICS (phosphoribo sylaminoimidazole succinocarboxamide synthetase) and ASL (Adenylosucci nate lyase) is overexpressed in a various cancer cell. However, the mechanisms which they are regulated by have been yet unknown. In this study, I found that PAICS, one of genes served in de novo purine biosynthesis, is reversibly acetylated. According to previous results using mass spectrometry, my study revealed that PAICS is acetylated on K53 and K247. In addition, I demonstrated that the acetylation or deacetylation of PAICS is mediated by CBP (cAMP response element binding protein) and SIRT1 (NAD-dependent protein deacetylase sirtuin-1), respectively. Finally, using experiments for understanding the effect of PAICS on the cell growth, I found that overexpression of PAICS much increased the growth of cell compared to that of control in Hela cells. Furthermore, knockdown of SIRT1 in Hela cells caused decreased growth compared to that of control. Taken together, these results indicate that the reversible acetylation of PAICS mediated by CBP and SIRT1 may regulate the growth or survival of cancer cell.;대사 리프로그래밍은 암의 특징 중의 하나이다. 암이 생존하기 위해서는 생물 발생상 요구가 증가하는 데 이를 충족시키기 위해서는 대사 리프로그래밍이 필요하다. 암 성장을 위해 요구되는 많은 대사 리프로그래밍들 중 하나인 뉴클레오티드 생합성은 암이 빠르게 성장하는 데 중요한 요인으로 잘 알려져 있다. 실제로, 이전 연구들은 PPAT, PAICS, ASL과 같이 드노브 퓨린 생합성 (de novo purine biosynthesis) 과 관련된 유전자들이 다양한 암세포에서 과 발현되어 있다고 밝혔다. 그러나, 이들이 무엇에 의해 조절되는 지에 대한 메커니즘은 아직 알려지지 않았다. 본 연구에서는 드노브 퓨린 생합성에 참여하는 유전자 중 하나인 PAICS는 가역성 아세틸화 된다고 밝혔다. 또한 질량분석법 (mass spectrometry)을 이용한 이전 연구들을 바탕으로 PAICS가 리신 53번과 247번에서 아세틸화 되고 이러한 PAICS의 가역성 아세틸화 반응이 CBP와 SIRT1에 의해 이루어 진다는 것을 밝혔다. 또한, 세포 성장에서의 PAICS의 효과를 이해하기 위해 실험을 진행한 결과 PAICS를 과 발현 시킨 헬라 세포가 대조군 헬라 세포보다 더 많이 성장했고, SIRT1을 녹다운 시킨 헬라 세포가 대조군 헬라 세포보다 덜 성장했다는 것도 확인했다. 이러한 실험결과는 CBP와 SIRT1에 의해 이루어지는 PAICS의 가역성 아세틸화가 암세포의 성장 혹은 생존을 조절할 수 있음을 시사한다.