Restoring mitochondrial quantity and quality to reverse the Warburg effect and drive neuroblastoma differentiation

生物 瓦博格效应 细胞生物学 线粒体 线粒体生物发生 柠檬酸循环 细胞分化 糖酵解 癌症研究 生物化学 新陈代谢 基因
作者
Haowen Jiang,Sarah Jane Tiche,Clifford Jiajun He,Junyan Liu,Fuyun Bian,Mohamed Jedoui,Balint Forgo,Md Tauhidul Islam,Meng Zhao,Pamela Emengo,Bo He,Yang Li,Albert M. Li,Anh T. Truong,Jestine Ho,Cathyrin Simmermaker,Yanan Yang,Meng-Ning Zhou,Zhen Hu,Katrin J. Svensson
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (36)
标识
DOI:10.1073/pnas.2502483122
摘要

Reduced mitochondrial quality and quantity in tumors is associated with dedifferentiation and increased malignancy. However, it remains unclear how to restore mitochondrial quantity and quality in tumors and whether mitochondrial restoration can drive tumor differentiation. Our study shows that restoring mitochondrial function using retinoic acid (RA) to boost mitochondrial biogenesis and a mitochondrial uncoupler to enhance respiration synergistically drives neuroblastoma differentiation and inhibits proliferation. U- 13 C-glucose/glutamine isotope tracing revealed a metabolic shift from the pentose phosphate pathway to oxidative phosphorylation, accelerating the tricarboxylic acid cycle and switching substrate preference from glutamine to glucose. These effects were abolished by electron transport chain (ETC) inhibitors or in ρ 0 cells lacking mitochondrial DNA, emphasizing the necessity of mitochondrial function for differentiation. Dietary RA and uncoupler treatment promoted tumor differentiation in an orthotopic neuroblastoma xenograft model, evidenced by neuropil production and Schwann cell recruitment. Single-cell RNA sequencing of xenografts revealed that this strategy effectively eliminated the stem cell population, promoted differentiation, and increased mitochondrial gene signatures along the differentiation trajectory, potentially improving patient outcomes. Collectively, our findings establish a mitochondria-centric therapeutic strategy for inducing tumor differentiation, suggesting that maintaining/driving differentiation in tumor requires not only ATP production but also continuous ATP consumption and sustained ETC activity.
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