27 mei 2025: Bron: Nature Cell Biology volume 27pages847–862 (2025)

ALDH4A1, een veel voorkomend enzym - eiwit binnen het zogeheten MPC complex, speelt een verrassende rol in het voorkomen van kanker. ALDH4A1, geïdentificeerd als een derde structurele component van het mitochondriale pyruvaatdragercomplex (MPC). Door een trimere samenstelling te vormen met MPC1 en MPC2, behoudt ALDH4A1 de integriteit van MPC en vergemakkelijkt het de import van pyruvaat in mitochondriën.

Zoals de onderzoekers schrijven: Met misschien wel belangrijkste dat toevoeging van UK5099 preventief zou werken in het voorkomen van kwaadaardige kankercellen en ALDH4A1 wordt verhoogd vertoont deze tumoronderdrukking door de activiteit van het MPC complex te behouden. Onze studie identificeert ALDH4A1 als een essentiële component van MPC voor de pyruvaat-mitochondriënimport, toegang tot de TCA-cyclus en tumoronderdrukking.

Stukje tekst vertaald uit een abstract waarin overigens behoorlijk wetenschappelijke taal wordt gebruikt en geen gemakkelijke taal voor de gewone burger, maar de publicatie komt uit Nature en is toch wel interessant m.i. :

Mitochondriale pyruvaatimport vormt een cruciale stap in het cellulaire energiemetabolisme en verbindt cytosolische glycolyse met mitochondriale oxidatieve fosforylering. Verstoringen in deze route kunnen de proliferatie van kankercellen bevorderen door cytosolisch pyruvaat te verhogen en het glycolytisch metabolisme te stimuleren, een fenomeen dat vaak wordt geassocieerd met het Warburg-effect.

Inzicht in hoe het MPC-complex de pyruvaatimport reguleert, kan metabole kwetsbaarheden bij kanker aan het licht brengen. MPC1 en MPC2, de belangrijkste subeenheden van het mitochondriale pyruvaattransportcomplex, fungeren als kanaal voor de pyruvaatinstroom in de mitochondriën. Tot nu toe waren er nog geen aanvullende regulerende componenten geïdentificeerd.

Zo ontdekten onderzoekers aan de Duke University Medical Center en de Wake Forest University School of Medicine bij dieronderzoek met muizen.

Zij concluderen:

Behandeling met de MPC-remmer UK5099 verstoorde de interactie tussen ALDH4A1 en het MPC-complex, terwijl MPC1/2-dimeren intact bleven. Dit suggereert dat de ALDH4A1-MPC-interface mogelijk geschikt is voor medicamenteuze behandeling.


Het abstract is gepubliceerd in Nature, maar voor het volledige studierapport moet betaald worden, echteer als u naasrt het abstract klikt op figures en references kunt u heel veel meer informatie lezen hoe de onderzoekers te werk zijn gegaan. Met misschien wel belangrijkste dat toevoeging van UK5099 preventief zou werken in het voorkomen van kwaadaardige kankercellen:

  • Article
  • Published: 

ALDH4A1 functions as an active component of the MPC complex maintaining mitochondrial pyruvate import for TCA cycle entry and tumour suppression


Abstract

MPC1 and MPC2 are two well-known components of the mitochondrial pyruvate carrier (MPC) complex maintaining MPC activity to transport pyruvate into mitochondria for tricarboxylic acid (TCA) cycle entry in mammalian cells. It is currently unknown whether there is an additional MPC component crucially maintaining MPC complex activity for pyruvate mitochondrial import. Here we show that ALDH4A1, a proline-metabolizing enzyme localized in mitochondria, serves as a previously unrecognized MPC component maintaining pyruvate mitochondrial import and the TCA cycle independently of its enzymatic activity. Loss of ALDH4A1 in mammalian cells impairs pyruvate entry to mitochondria, resulting in defective TCA cycle entry. ALDH4A1 forms an active trimeric complex with MPC1–MPC2 to maintain the integrity and oligomerization of MPC1–MPC2 and facilitates pyruvate transport in an in vitro system. ALDH4A1 displays tumour suppression by maintaining MPC complex activity. Our study identifies ALDH4A1 as an essential component of MPC for pyruvate mitochondrial import, TCA cycle entry and tumour suppression.

References

  1. Gray, L. R., Tompkins, S. C. & Taylor, E. B. Regulation of pyruvate metabolism and human disease. Cell Mol. Life Sci. 71, 2577–2604 (2014).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  2. Olson, K. A., Schell, J. C. & Rutter, J. Pyruvate and metabolic flexibility: illuminating a path toward selective cancer therapies. Trends Biochem. Sci. 41, 219–230 (2016).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  3. Bergers, G. & Fendt, S. M. The metabolism of cancer cells during metastasis. Nat. Rev. Cancer 21, 162–180 (2021).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  4. Elia, I. et al. Breast cancer cells rely on environmental pyruvate to shape the metastatic niche. Nature 568, 117–121 (2019).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  5. Bricker, D. K. et al. A mitochondrial pyruvate carrier required for pyruvate uptake in yeast, Drosophila, and humans. Science 337, 96–100 (2012).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  6. Herzig, S. et al. Identification and functional expression of the mitochondrial pyruvate carrier. Science 337, 93–96 (2012).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  7. Rauckhorst, A. J. & Taylor, E. B. Mitochondrial pyruvate carrier function and cancer metabolism. Curr. Opin. Genet. Dev. 38, 102–109 (2016).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  8. Vanderperre, B., Bender, T., Kunji, E. R. & Martinou, J. C. Mitochondrial pyruvate import and its effects on homeostasis. Curr. Opin. Cell Biol. 33, 35–41 (2015).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  9. Bader, D. A. et al. Mitochondrial pyruvate import is a metabolic vulnerability in androgen receptor-driven prostate cancer. Nat. Metab. 1, 70–85 (2019).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  10. Vanderperre, B. et al. Embryonic lethality of mitochondrial pyruvate carrier 1 deficient mouse can be rescued by a ketogenic diet. PLoS Genet. 12, e1006056 (2016).

    Article PubMed PubMed Central Google Scholar 

  11. Vigueira, P. A. et al. Mitochondrial pyruvate carrier 2 hypomorphism in mice leads to defects in glucose-stimulated insulin secretion. Cell Rep. 7, 2042–2053 (2014).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  12. Schell, J. C. et al. A role for the mitochondrial pyruvate carrier as a repressor of the Warburg effect and colon cancer cell growth. Mol. Cell 56, 400–413 (2014).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  13. Zou, H. et al. MPC1 deficiency accelerates lung adenocarcinoma progression through the STAT3 pathway. Cell Death Dis. 10, 148 (2019).

    Article PubMed PubMed Central Google Scholar 

  14. Tian, G. A. et al. MPC1 deficiency promotes CRC liver metastasis via facilitating nuclear translocation of β-catenin. J. Immunol. Res. 2020, 8340329 (2020).

    Article PubMed PubMed Central Google Scholar 

  15. Bensard, C. L. et al. Regulation of tumor initiation by the mitochondrial pyruvate carrier. Cell Metab. 31, 284–300 e287 (2020).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  16. Tang, X. P. et al. Mitochondrial pyruvate carrier 1 functions as a tumor suppressor and predicts the prognosis of human renal cell carcinoma. Lab. Invest. 99, 191–199 (2019).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  17. Li, X. et al. MPC1 and MPC2 expressions are associated with favorable clinical outcomes in prostate cancer. BMC Cancer 16, 894 (2016).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  18. D’Aniello, C., Patriarca, E. J., Phang, J. M. & Minchiotti, G. Proline metabolism in tumor growth and metastatic progression. Front. Oncol. 10, 776 (2020).

    Article PubMed PubMed Central Google Scholar 

  19. Elia, I. et al. Proline metabolism supports metastasis formation and could be inhibited to selectively target metastasizing cancer cells. Nat. Commun. 8, 15267 (2017).

    Article PubMed PubMed Central Google Scholar 

  20. Phang, J. M. & Liu, W. Proline metabolism and cancer. Front. Biosci. 17, 1835–1845 (2012).

    Article CAS Google Scholar 

  21. Phang, J. M., Liu, W., Hancock, C. N. & Fischer, J. W. Proline metabolism and cancer: emerging links to glutamine and collagen. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care 18, 71–77 (2015).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  22. Pemberton, T. A. et al. Structural studies of yeast delta(1)-pyrroline-5-carboxylate dehydrogenase (ALDH4A1): active site flexibility and oligomeric state. Biochemistry 53, 1350–1359 (2014).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  23. Tanner, J. J. Structural biology of proline catabolic enzymes. Antioxid. Redox Signal. 30, 650–673 (2019).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  24. Morris, S. M. Jr. Regulation of enzymes of the urea cycle and arginine metabolism. Annu. Rev. Nutr. 22, 87–105 (2002).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  25. Geraghty, M. T. et al. Mutations in the delta1-pyrroline 5-carboxylate dehydrogenase gene cause type II hyperprolinemia. Hum. Mol. Genet. 7, 1411–1415 (1998).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  26. Valle, D., Goodman, S. I., Applegarth, D. A., Shih, V. E. & Phang, J. M. Type II hyperprolinemia. Delta1-pyrroline-5-carboxylic acid dehydrogenase deficiency in cultured skin fibroblasts and circulating lymphocytes. J. Clin. Invest. 58, 598–603 (1976).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  27. Srivastava, D. et al. The three-dimensional structural basis of type II hyperprolinemia. J. Mol. Biol. 420, 176–189 (2012).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  28. Servet, C., Ghelis, T., Richard, L., Zilberstein, A. & Savoure, A. Proline dehydrogenase: a key enzyme in controlling cellular homeostasis. Front. Biosci. 17, 607–620 (2012).

    Article CAS Google Scholar 

  29. Du, J., Zhu, S., Lim, R. R. & Chao, J. R. Proline metabolism and transport in retinal health and disease. Amino Acids 53, 1789–1806 (2021).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  30. Tavoulari, S. et al. The yeast mitochondrial pyruvate carrier is a hetero-dimer in its functional state. EMBO J. 38, e100785 (2019).

    Article PubMed PubMed Central Google Scholar 

  31. Compan, V. et al. Monitoring mitochondrial pyruvate carrier activity in real time using a BRET-based biosensor: investigation of the Warburg effect. Mol Cell 59, 491–501 (2015).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  32. Brinda, K. V. & Vishveshwara, S. Oligomeric protein structure networks: insights into protein–protein interactions. BMC Bioinform. 6, 296 (2005).

    Article CAS Google Scholar 

  33. Nooren, I. M. & Thornton, J. M. Diversity of protein–protein interactions. EMBO J. 22, 3486–3492 (2003).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  34. Bender, T. & Martinou, J. C. The mitochondrial pyruvate carrier in health and disease: to carry or not to carry? Biochim. Biophys. Acta 1863, 2436–2442 (2016).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  35. Nagampalli, R. S. K. et al. Human mitochondrial pyruvate carrier 2 as an autonomous membrane transporter. Sci. Rep. 8, 3510 (2018).

    Article PubMed PubMed Central Google Scholar 

  36. Halestrap, A. P. The mechanism of the inhibition of the mitochondrial pyruvate transportater by alpha-cyanocinnamate derivatives. Biochem. J. 156, 181–183 (1976).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  37. Zhang, W. et al. Lactate is a natural suppressor of RLR signaling by targeting MAVS. Cell 178, 176–189 (2019).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  38. Huangyang, P. & Simon, M. C. Hidden features: exploring the non-canonical functions of metabolic enzymes. Dis. Model. Mech. 11, dmm033365 (2018).

    Article PubMed PubMed Central Google Scholar 

  39. Xu, L., Phelix, C. F. & Chen, L. Y. Structural insights into the human mitochondrial pyruvate carrier complexes. J. Chem. Inform. Model. 61, 5614–5625 (2021).

    Article CAS Google Scholar 

  40. Chan, C. H. et al. Pharmacological inactivation of Skp2 SCF ubiquitin ligase restricts cancer stem cell traits and cancer progression. Cell 154, 556–568 (2013).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  41. Xu, C. et al. SIRPgamma-expressing cancer stem-like cells promote immune escape of lung cancer via Hippo signaling. J. Clin. Invest. 132, e141797 (2022).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  42. Cai, Z. et al. Phosphorylation of PDHA by AMPK drives TCA cycle to promote cancer metastasis. Mol. Cell 80, 263–278 (2020).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  43. Wei, M. C. et al. tBID, a membrane-targeted death ligand, oligomerizes BAK to release cytochrome C. Genes Dev. 14, 2060–2071 (2000).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  44. Wittig, I., Braun, H. P. & Schagger, H. Blue native PAGE. Nat. Protoc. 1, 418–428 (2006).

    Article CAS PubMed Google Scholar 

  45. Hsu, C. C. et al. Inositol serves as a natural inhibitor of mitochondrial fission by directly targeting AMPK. Mol. Cell 81, 3803–3819 (2021).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  46. Hsu, C. C. et al. IMPA1-derived inositol maintains stemness in castration-resistant prostate cancer via IMPDH2 activation. J Exp. Med. 221, e20231832 (2024).

    Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar 

  47. Hsu, C.-C. et al. Metabolomics_ALDH4A1.xlsx. Figshare https://figshare.com/s/ddce7916d4d7b38e8b3b (2025).

  48. Hsu, C.-C. et al. Proteomics_IP_ALDH4A1.xlsx. Figshare https://figshare.com/s/749b9763ce937570f931 (2025).

Download references

Acknowledgements

We thank J.-C. Martinou for sharing several key plasmids in this study. We acknowledge the support of the Wake Forest Baptist Comprehensive Cancer Center Cell & Cellular Imaging & Flow Cytometry Shared Resources, supported by the National Cancer Institute’s Cancer Center Support Grant (P30CA012197). We also acknowledge the support of Proteomics Core from Duke University School of Medicine. This research was supported partly by start-ups from Wake Forest University School of Medicine and Duke University School of Medicine, Endowed Professor Funds from Anderson Discovery Professor for Cancer Research and Fred and Janet Sanfilippo Distinguished Professor, and NIH grants (R01CA256158, R01CA248037 and R01CA270617) to H.K.L. The funders had no role in the study design, data collection and analysis, decision to publish or preparation of the manuscript.

Author information

Authors and Affiliations

Contributions

C.-C.H., C.-Y.W., R.K.M. and H.-K.L. designed experiments and wrote and edited the manuscript. C.-C.H., C.-Y.W., R.K.M. and Z.C. performed experiments and analysed the data for all figures. C.-C.H., R.K.M., Z.C., V.P., R.K., L.B., B.-S.P., T.C., Y.-R.C, H.-E.W., Y.J., H.G. and C.-Y.L provided technical support, comments and suggestions.

Corresponding author

Correspondence to Hui-Kuan Lin.

Ethics declarations

Competing interests

H.K.L. is a consultant for Stablix, Inc. and Chang Gung University of Science and Technology. All other authors declare no competing interests.

Peer review

Peer review information

Nature Cell Biology thanks Luca Scorrano and the other, anonymous, reviewer(s) for their contribution to the peer review of this work. Peer reviewer reports are available.

Additional information

Publisher’s note Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.


Plaats een reactie ...

Reageer op "ALDH4A1, een veel voorkomend enzym - eiwit speelt een verrassende rol in het voorkomen van kanker."


Gerelateerde artikelen
 

Gerelateerde artikelen

Alcohol tast de darmbiotica >> ALDH4A1, een veel voorkomend >> Algemeen: Aangepast voedingspatroon >> Algemeen: Wat is er met ons >> Bloedverdunners die vitamine >> Boter vervangen door plantaardige >> Caffeine: mensen met een dieet >> Darmflora: Alzheimerpatiënten >> Darmflora beinvloed door voeding >> Deze 6 wetenschappelijke onderzoeken >>