Proton export alkalinizes intracellular pH and reprograms carbon metabolism to drive normal and malignant cell growth

共转运蛋白 糖酵解 生物化学 细胞生长 细胞生物学 生物 磷酸戊糖途径 反转运蛋白 细胞内pH值 新陈代谢 化学 细胞内 运输机 基因
作者
Cheuk Him Man,François Mercier,Nian Liu,Wentao Dong,Gregory Stephanopoulos,Jiang Li,Yookyung Jung,Charles P. Lin,Anskar Y.H. Leung,David T. Scadden
出处
期刊:Blood [Elsevier BV]
卷期号:139 (4): 502-522 被引量:37
标识
DOI:10.1182/blood.2021011563
摘要

Proton export is often considered a detoxifying process in animal cells, with monocarboxylate symporters coexporting excessive lactate and protons during glycolysis or the Warburg effect. We report a novel mechanism by which lactate/H+ export is sufficient to induce cell growth. Increased intracellular pH selectively activates catalysis by key metabolic gatekeeper enzymes HK1/PKM2/G6PDH, thereby enhancing glycolytic and pentose phosphate pathway carbon flux. The result is increased nucleotide levels, NADPH/NADP+ ratio, and cell proliferation. Simply increasing the lactate/proton symporter monocarboxylate transporter 4 (MCT4) or the sodium-proton antiporter NHE1 was sufficient to increase intracellular pH and give normal hematopoietic cells a significant competitive growth advantage in vivo. This process does not require additional cytokine triggers and is exploited in malignancy, where leukemogenic mutations epigenetically increase MCT4. Inhibiting MCT4 decreased intracellular pH and carbon flux and eliminated acute myeloid leukemia-initiating cells in mice without cytotoxic chemotherapy. Intracellular alkalization is a primitive mechanism by which proton partitioning can directly reprogram carbon metabolism for cell growth.
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