Single‐Mitochondrion ATP Profiling Directs Discovery of Targetable OXPHOS Dependency in Cancers

氧化磷酸化 生物能学 ATP合酶 寡霉素 三磷酸腺苷 线粒体 生物化学 己糖激酶 化学 生物 癌细胞 柠檬酸循环 细胞生物学 糖酵解 胞浆 代谢组学 磷酸化 二磷酸腺苷 质子泵 粒线体疾病 代谢组 丙酮酸激酶 基诺美 谷氨酰胺酶 呼吸链 重编程
作者
X. Xiao,Cheng Lu,Hao Chen,Jing Zhou,Yunyun Hu,Haonan Di,Guoqiang Su,X Y Yan
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:: e13341-e13341
标识
DOI:10.1002/advs.202513341
摘要

ABSTRACT Mitochondrial adenosine triphosphate (mitoATP) serves as the primary bioenergetic currency for oxidative phosphorylation (OXPHOS)‐driven malignancies, yet its precise organelle‐level quantification remains challenging due to mitochondrial heterogeneity and cytosolic interference. Herein, we report MitoATP‐nFCM, a nano‐flow cytometry platform enabling single‐mitochondrion ATP measurement via simultaneous fluorescence and side scatter detection. We uncover 1.7–1.9‐fold higher ATP levels in isolated mitochondria from breast (MCF‐7, MDA‐MB‐231) and colon (HCT‐15, HCT‐116) cancer cells than in their normal counterparts. Single‐organelle analysis further reveals coordinated metabolic reprogramming in cancer mitochondria, featuring elevated membrane potential, increased ATP synthase expression, and reduced hexokinase 2 levels, demonstrating their OXPHOS‐dominant bioenergetic phenotype that contrasts with classical Warburg‐effect expectations. Furthermore, we establish a screening strategy to identify highly potent cancer‐selective inhibitors targeting mitochondrial metabolism. We find that bedaquiline (ATP synthase inhibitor) outperforms oligomycin A in specificity, VLX600 (electron transport chain inhibitor) shows superior selectivity to rotenone/metformin, and CPI‐613 (tricarboxylic acid cycle blocker) surpasses other glutaminase inhibitors. MitoATP‐nFCM establishes a quantitative single‐organelle platform that profiles elevated mitoATP levels in cancer cells and enables precision screening of OXPHOS‐targeting inhibitors.
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