目的正常细胞在转化为肿瘤细胞的过程中伴随着能量代谢的重新编程,这是最普遍、最重要的肿瘤细胞生物学特征之一,这种能量代谢重编程可能与结肠癌患者的耐药相关。近年来发现转移相关基因1(MTA1)在细胞核和胞浆中均有一定分布,结合TCGA数据库泛癌数据对MTA1相关基因进行功能分析,结果提示MTA1可能参与了线粒体调控的细胞能量代谢重编程。因此,我们拟探索MTA1介导的能量代谢重编程在结肠癌发展过程中的效应及其潜在机制。方法 通过TCGA泛癌转录组数据联合MTA1敲除细胞转录组、代谢组数据及MTA1结合蛋白质谱数据等多组学数据联合分析,确定MTA1参与结肠癌细胞代谢重编程事件,建立MTA1调控的代谢分子网络;采用Seahorse XF96细胞能量代谢实时测定仪、糖原检测试剂盒、PAS染色及定量PCR的方法检测结肠癌细胞代谢表型及代谢相关mRNA表达水平;利用免疫共沉淀、免疫荧光及高内涵活细胞工作站确定MTA1在线粒体的定位、与线粒体相关蛋白发生的相互作用、MTA1敲除前后细胞内线粒体标记后荧光强度的变化;通过蔗糖密度梯度离心法、线粒体表型相关试剂盒抽提线粒体、检测细胞内ATP水平、线粒体电子传递链(ETC)复合物V的活性及数量、线粒体膜电位变化、细胞内活性氧等表型的变化;采用RTCA、克隆形成及transwell侵袭实验等细胞生物学实验对细胞生长、侵袭与克隆形成能力进行检测,并且采用蛋白免疫印迹检测线粒体相关蛋白、AMPK/mTOR及LC3等相关通路蛋白表达的变化。结果 本研究通过TCGA数据库泛癌转录组数据分析和MTA1敲除细胞转录组测序分析证明MTA1与代谢调控显著相关;同时MTA1敲除细胞的代谢组学检测结果表明差异代谢物显著富集于辅酶Q的生物合成及丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸代谢通路,此外MTA1互作蛋白质谱鉴定结果表明有20%(27个)的与MTA1存在相互作用的蛋白质是线粒体相关蛋白。其次,本研究对MTA1在结肠癌HCT116细胞中的代谢相关表型进行了检测,发现MTA1敲除结肠癌细胞与对照细胞相比糖酵解作用、线粒体呼吸作用均显著降低,其细胞内糖原含量显著升高,代谢相关mRNA表达降低,细胞内ATP水平显著降低,线粒体电子传递链复合物V活性显著降低、数量显著减少,线粒体DNA拷贝数显著减低;反之,在HCT116MTA1过表达细胞中,与对照细胞相比,细胞线粒体呼吸作用增强,线粒体电子传递链复合物V活性升高,数量增多,mtDNA拷贝数增多。随后,我们在MTA1 co-IP中确定MTA1与ATP5A(线粒体电子传递链(ETC)复合物V F1α亚基)和NDUFS1(线粒体ETC复合物Ⅰ中关键亚基)存在直接相互作用;同时细胞免疫荧光结果表明MTA1在多种肿瘤细胞中均与线粒体存在共定位,并且MTA1的表达与线粒体相关蛋白的表达呈正相关关系。最后,我们对结肠癌细胞恶性表型进行检测,发现MTA1过表达与对照细胞相比克隆形成能力显著增强,用线粒体抑制剂OligomycinA处理后,两组细胞的克隆形成能力没有显著差异;此外,MTA1过表达后,HCT116细胞侵袭能力明显增强,用寡霉素A处理后的HCT116MTA1过表达细胞系与对照细胞再无显著差异。血清饥饿条件下,与对照细胞相比,MTA1敲除后HCT116细胞自噬升高,其LC3II表达水平显著升高,pAMPK表达显著升高,p-mTOR表达显著降低;过表达MTA1后LC3II的表达显著降低,pAMPK表达也显著低。结论定位于结肠癌细胞线粒体的MTA1通过结合ATP合酶增强其活性,促进结肠癌细胞内ATP生成,在能量饥饿的环境下为细胞供能,减少AMPK活化,从而促进结肠癌细胞的克隆生长与侵袭。