Research Career Scientist Award

研究职业科学家奖

基本信息

  • 批准号:
    10454208
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-04-01 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Cancer cells reprogram their metabolism to fuel anabolic processes required for their proliferation and survival. One way by which cancer cells reprogram metabolism is by hijacking the evolutionarily conserved metabolic function of the PI3K/Akt/mTORC1 signaling pathway. Another way is by markedly elevating the expression of the hexokinase isoform, HK2, which catalyzes the first committed step in glucose metabolism. The long-term goal of this grant application is to overcome challenges in targeting cancer metabolism and Akt for cancer therapy. Although cancer cells can be selectively detected because of their high glucose metabolism (FDG-PET scan), exploiting this property for selective targeting is challenging because interference with glucose metabolism could have adverse consequences. We overcame this roadblock by showing that hexokinase 2, which catalyzes the first committed step in glycolysis, and is selectively expressed in cancer cells, can be systemically deleted in mice without any adverse consequences. The proposal is based on findings made in my laboratory at the cellular and organismal levels, and address the following paradigm shifts: (i) Germ-line deletion of hexokinase 2, which is markedly elevated in cancer cells, is embryonic lethal. However, we found that its systemic deletion in adult mice is well tolerated, and therapeutic in several mouse models of cancer. This grant application will specifically address the role of hexokinase 2 in metastasis. We will investigate the role of hexokinase 2 in EMT and metastasis through a novel mechanism. (ii) Akt is perhaps the most frequently activated oncoprotein in human cancer. However, we found that, paradoxically, hepatic deletion of Akt1 and Akt2 in mice induces liver injury, inflammation, and early onset of hepatocellular carcinoma. We will determine how the HCC cells survive and proliferate in the absence of Akt. (iii) We found that systemic deletion of Akt1 and Akt2 in adult mice elicits rapid mortality, and that Akt2 deficiency in mice could be pro-tumorigenic and increased metastasis of chemically- induced HCC, possibly because of hyperinsulinemia. Therefore, we launched a comprehensive approach in which Akt1 or Akt2 or both can be conditionally deleted either in a cell autonomous manner or systemically, after tumor onset, to follow tumor growth and metastasis. Our findings showed marked and unexpected differences between cell autonomous versus systemic deletions of Akt isoforms with respect to tumor initiation and progression. (iv) The inhibition of AMPK is considered pro-tumorigenic. Paradoxically, we found that AMPK activation is required for cell survival during solid tumor formation and possibly metastasis. We will delineate the role of AMPK during metastasis in human cells and mouse models of breast and prostate cancer. We anticipate that the proposed studies will uncover new mechanisms of tumorigenesis associated with cancer metabolism, yield strategies that exploit cancer metabolism for cancer therapy, and uncover vulnerabilities of cancers displaying hyperactivation of PI3K/Akt signaling.
癌细胞重新编程其新陈代谢,以促进其增殖和生存所需的合成代谢过程。 癌细胞重新编程代谢的一种方法是劫持进化上保守的代谢 PI3K/Akt/mTORC1 信号通路的功能。另一种方法是显着提高表达 己糖激酶同种型 HK2,催化葡萄糖代谢的第一个关键步骤。长期目标是 该拨款申请旨在克服针对癌症代谢和 Akt 进行癌症治疗的挑战。 虽然癌细胞因其高葡萄糖代谢而可以被选择性地检测到(FDG-PET扫描), 利用这种特性进行选择性靶向是具有挑战性的,因为干扰葡萄糖代谢可能会 产生不良后果。我们通过证明己糖激酶 2 克服了这一障碍,该酶催化 糖酵解的第一个关键步骤,在癌细胞中选择性表达,可以在小鼠体内被系统性删除 且不会产生任何不良后果。该提案基于我的细胞和实验室实验室的研究结果 生物体水平,并解决以下范式转变:(i)己糖激酶 2 的种系删除,这是 在癌细胞中显着升高,对胚胎具有致命性。然而,我们发现它在成年小鼠中系统性缺失 在多种小鼠癌症模型中具有良好的耐受性和治疗作用。该补助金申请将特别 解决己糖激酶 2 在转移中的作用。我们将研究己糖激酶 2 在 EMT 中的作用 通过新的机制进行转移。 (ii) Akt 可能是人类中最常被激活的癌蛋白 癌症。然而,我们发现,矛盾的是,小鼠肝脏中 Akt1 和 Akt2 的缺失会导致肝损伤, 炎症和肝细胞癌的早期发作。我们将确定 HCC 细胞如何存活并 在没有 Akt 的情况下增殖。 (iii) 我们发现成年小鼠中 Akt1 和 Akt2 的系统性缺失会引起快速 死亡率,并且小鼠中的 Akt2 缺陷可能会促进肿瘤发生并增加化学物质的转移。 诱发肝癌,可能是因为高胰岛素血症。因此,我们推出了一种综合方法,其中 Akt1 或 Akt2 或两者都可以在肿瘤发生后以细胞自主方式或系统性有条件地删除 发病,跟随肿瘤生长和转移。我们的研究结果表明,两者之间存在显着且意想不到的差异 Akt 同种型的细胞自主缺失与系统性缺失与肿瘤发生和进展相关。 (四) AMPK 的抑制被认为是促肿瘤发生的。矛盾的是,我们发现 AMPK 激活是必需的 在实体瘤形成和可能的转移过程中细胞存活。我们将描述 AMPK 的作用 乳腺癌和前列腺癌的人类细胞和小鼠模型中的转移。我们预计拟议的 研究将揭示与癌症代谢相关的肿瘤发生的新机制,并产生策略 利用癌症代谢进行癌症治疗,并揭示癌症过度激活的弱点 PI3K/Akt 信号传导。

项目成果

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