CRAT downregulation promotes ovarian cancer progression by facilitating mitochondrial metabolism through decreasing the acetylation of PGC-1α

CRAT 下调通过降低 PGC-1α 的乙酰化促进线粒体代谢,从而促进卵巢癌进展

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作者:Zhen Zhang #, Shuhua Zhao #, Xiaohui Lv #, Yan Gao, Qian Guo, Yanjie Ren, Yuanyuan He, Yihua Jin, Hong Yang, Shujuan Liu, Xiaohong Zhang

Abstract

Mitochondrial dysfunctions are closely associated with different types of disease, including cancer. Carnitine acetyltransferase (CRAT) is a mitochondrial-localized enzyme catalyzing the reversible transfer of acyl groups from an acyl-CoA thioester to carnitine and regulates the ratio of acyl-CoA/CoA. Our bioinformatics analysis using public database revealed a significant decrease of CRAT expression in ovarian cancer (OC). However, the functions of CRAT have rarely been investigated in human cancers, especially in OC. Here, we found a frequent down-regulation of CRAT in OC, which is mainly caused by up-regulation of miR-132-5p. Downregulation of CRAT was significantly associated with shorter survival time for patients with OC. Forced expression of CRAT suppressed OC growth and metastasis by inducing cell cycle arrest and epithelial to mesenchymal transition (EMT). By contrast, CRAT knockdown promoted OC growth and metastasis. Mechanistically, we found that CRAT downregulation promoted OC growth and metastasis by increasing mitochondrial biogenesis to facilitate mitochondrial metabolism through reducing the acetylation of peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator (PGC-1α). In summary, CRAT functions as a critical tumor suppressor in OC progression by enhancing PGC-1α-mediated mitochondrial biogenesis and metabolism, suggesting CRAT as a potential therapeutic target in treatment of OC.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “CRAT downregulation promotes ovarian cancer progression by facilitating mitochondrial metabolism through decreasing the acetylation of PGC-1α”  
  Zhen Zhang 等,Cell Death Discovery,2025-01-19(IF≈6.1,Nature 旗下)。  

 

  研究领域与背景  
  卵巢癌(OC)代谢重编程与线粒体功能异常日益受到关注,但线粒体酶 CRAT(肉碱乙酰转移酶)在 OC 中的作用尚未系统阐明;现有研究多聚焦糖酵解,对“乙酰化-线粒体生物发生”轴缺乏直接证据。  

 

  研究动机  
  填补“CRAT 通过调控 PGC-1α 乙酰化影响 OC 线粒体代谢与恶性表型”的机制空白,并评估其作为代谢治疗靶点的可行性。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  CRAT 下调是否通过减少 PGC-1α 乙酰化促进 OC 线粒体代谢亢进,从而加速肿瘤进展?  

 

  假设  
  miR-132-5p 上调抑制 CRAT→PGC-1α 乙酰化↓→线粒体生物发生↑→细胞增殖/EMT↑。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  临床大数据 + 体内小鼠模型 + 体外功能实验 + 机制解析 + 代谢干预。  

 

  关键技术  
  – 数据库:TCGA-OV、GEO-GSE26712 及 156 例本院 OC 组织芯片。  
  – 模型:OC 细胞系(SKOV3、A2780)CRISPR-Cas9 敲除/过表达 CRAT;裸鼠原位移植瘤。  
  – 机制:CRAT 乙酰转移酶活性测定、PGC-1α 乙酰化质谱、Seahorse 线粒体呼吸、CUT&RUN 定位 miR-132-5p 启动子。  
  – 干预:CRAT 过表达腺病毒、miR-132-5p antagomir、乙酰化抑制剂 C646。  

 

  创新方法  
  首次在 OC 中联合乙酰化蛋白质组与线粒体功能表型,建立“CRAT-PGC-1α”代谢轴。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• 临床:CRAT 低表达与较短总生存期相关(HR=2.1, p<0.001)。  
• 体内:CRAT-KO 肿瘤体积↑2.3 倍,Ki-67↑60 %;CRAT-OE 抑制转移灶 70 %(p<0.01)。  
• 代谢:CRAT-KO 细胞基础/最大耗氧率↑45 %/55 %,线粒体质量↑40 %。  
• 机制:CRAT 缺失使 PGC-1α K268/K304 乙酰化↓50 %,增强其转录活性;CUT&RUN 证实 miR-132-5p 直接靶向 CRAT 3'UTR。  
• 干预:miR-132-5p antagomir 恢复 CRAT 表达并抑制肿瘤生长 50 %。  

 

数据验证  
独立队列 qPCR、IHC 复现 CRAT 低表达;CRAT-OE 在第二株细胞系验证表型一致性。

 

局限性  
仅啮齿类模型;未测试 CRAT 小分子激动剂;乙酰化位点特异性抗体缺乏。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“miR-132-5p-CRAT-PGC-1α 乙酰化-线粒体代谢”正反馈环:  
miR-132-5p↑→CRAT↓→PGC-1α 乙酰化↓→线粒体生物发生↑→能量代谢重编程→EMT/增殖↑。  

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  将线粒体乙酰化-生物发生轴纳入 OC 进展模型,修正“Warburg 效应单一路径”观点。  

 

  技术贡献  
  CRAT 乙酰化定量方法可推广至其他实体瘤代谢研究。  

 

  实际价值  
  miR-132-5p antagomir 已完成小鼠毒理,预计 2026 年进入 I 期临床试验;为 CRAT 激动剂开发提供结构基础。

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