Glutamine synthetase limits β-catenin–mutated liver cancer growth by maintaining nitrogen homeostasis and suppressing mTORC1

尿素循环 mTORC1型 谷氨酰胺 谷氨酰胺合成酶 癌变 高氨血症 生物 癌症研究 化学 生物化学 氨基酸 信号转导 基因 PI3K/AKT/mTOR通路 精氨酸
作者
Weiwei Dai,Jianliang Shen,Junrong Yan,Alex J. Bott,Sara Maimouni,Heineken Q. Daguplo,Yujue Wang,Khoosheh Khayati,Jessie Yanxiang Guo,Lanjing Zhang,Yongbo Wang,Alexander J. Valvezan,Wen‐Xing Ding,Xin Chen,Xiaoyang Su,Shu‐Qin Gao,Wei‐Xing Zong
出处
期刊:Journal of Clinical Investigation [American Society for Clinical Investigation]
卷期号:132 (24) 被引量:14
标识
DOI:10.1172/jci161408
摘要

Glutamine synthetase (GS) catalyzes de novo synthesis of glutamine that facilitates cancer cell growth. In the liver, GS functions next to the urea cycle to remove ammonia waste. As a dysregulated urea cycle is implicated in cancer development, the impact of GS's ammonia clearance function has not been explored in cancer. Here, we show that oncogenic activation of β-catenin (encoded by CTNNB1) led to a decreased urea cycle and elevated ammonia waste burden. While β-catenin induced the expression of GS, which is thought to be cancer promoting, surprisingly, genetic ablation of hepatic GS accelerated the onset of liver tumors in several mouse models that involved β-catenin activation. Mechanistically, GS ablation exacerbated hyperammonemia and facilitated the production of glutamate-derived nonessential amino acids, which subsequently stimulated mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1). Pharmacological and genetic inhibition of mTORC1 and glutamic transaminases suppressed tumorigenesis facilitated by GS ablation. While patients with hepatocellular carcinoma, especially those with CTNNB1 mutations, have an overall defective urea cycle and increased expression of GS, there exists a subset of patients with low GS expression that is associated with mTORC1 hyperactivation. Therefore, GS-mediated ammonia clearance serves as a tumor-suppressing mechanism in livers that harbor β-catenin activation mutations and a compromised urea cycle.
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