全程高能 IF 14.1! “多组学+实验验证”发ADV SCI，中山大学癌症中心揭示PARylation调控结直肠癌新机制~
“从临床中来，到临床中去”，做基础研究，既要踏实也得肯干，没方向就创造方向，有方向还要找新方向，解决临床问题，最终转化落地！
今天，为大家分享一篇关于聚焦于多聚ADP-核糖基化修饰（PARylation）的热门研究，它没有停留在PARylation的常规DNA修复中，而是另辟蹊径链接代谢控，为靶向干预结直肠癌提供了新视角，成功上线《Advanced Science》。说到这里就不得不提这本期刊，24年年发文量高达3000+，IF=14.1，中科院一区，国人友好期刊，近三年国人发文比例约74.29%，中科院、清北等顶尖机构为主要贡献者，没预警。只要注重基础与应用研究，都可以挑战发表，说一句“发一篇吃一生”也不为过！
结直肠癌（CRC）是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其发生发展常伴随代谢重编程，尤其是糖酵解增强和氧化磷酸化（OXPHOS）抑制。然而，驱动代谢异常的关键分子机制尚不明确。Nudix水解酶家族成员NUDT13在多种应激条件下表达异常，但其在CRC中的作用未见报道。
2025年2月，中山大学癌症中心王凤伟、谢丹共同通讯在期刊《Advanced Science》期刊发表论文“Nudix Hydrolase 13 Impairs the Initiation of Colorectal Cancer by Inhibiting PKM1 ADP-Ribosylation”，揭示了NUDT13通过抑制PKM1的PARylation修饰，调控结直肠癌（CRC）代谢重编程及肿瘤发生的全新机制，为靶向干预提供了新思路。
研究亮点
本研究从临床异常到分子机制，再到转化应用，全程高能！
- 临床新发现：通过横向对比早期CRC、腺瘤和癌旁组织，结合ApcMin/+小鼠模型纵向追踪癌变进程，精准捕捉肿瘤发生的临界调控事件。
- 多功能验证：从修饰酶鉴定（PARP1特异性抑制剂筛选）、位点定位（ADPredict算法指导的多位点突变）、到效应解析（泛素化类型检测）和干预机制（体外去PARylation实验），形成完整的证据链，并创新性排除其他水解酶干扰，证实NUDT13对PKM1的特异性调控。
- 机制关联：将代谢表型与分子机制深度关联，在表型层面采用缺氧培养结合细胞能量代谢明确氧化磷酸化转换，在机制层面揭示PARylation-泛素化-降解的三级调控级联，并精确定位Nudix结构域中E245/E248/E249的关键作用；
- 转化应用：不仅验证了已上市PARP抑制剂Olaparib的潜在治疗价值，还创新性开发基于Nudix结构域的穿透性治疗多肽N13-iRGD，为临床转化提供了双重选择。
本研究实现了从基础发现到治疗策略的完整转化医学闭环，巧妙连接了PARylation修饰与肿瘤代谢，不仅为CRC治疗提供新靶点，也为基于蛋白翻译后修饰的药物开发树立了范例。如果您也对这个方向感兴趣，欢迎右下角联系客服，24小时随时在线恭候大驾！
研究思路
- 临床样本分析：对36对早期CRC组织与癌旁组织、14对腺瘤组织进行转录组测序，筛选出NUDT13作为潜在抑癌基因。
- 功能验证：通过体外细胞实验（增殖、代谢表型分析）和体内小鼠模型（异种移植、基因敲除），明确NUDT13对CRC的抑制作用。
- 机制探索：结合免疫共沉淀（Co-IP）、质谱分析和体外酶活实验，揭示NUDT13通过抑制PKM1的ADP-核糖基化（PARylation）稳定其蛋白水平，从而促进OXPHOS。
- 转化应用：设计模拟NUDT13功能的多肽，验证其抗肿瘤效果。
研究结果
1、NUDT13 抑制结直肠癌的肿瘤发生
通过转录组分析锁定NUDT13为CRC发生的关键抑制因子，其在癌变过程中显著下调且与不良预后相关。功能实验揭示NUDT13在体内外均能抑制肿瘤生长，但微环境依赖性表型差异提示其可能通过调控肿瘤-宿主互作发挥抑癌作用，为后续机制研究奠定基础。
2、NUDT13与PKM1蛋白相互作用并上调PKM1表达
通过系统的分子互作分析和功能验证，首次揭示NUDT13作为核定位蛋白与PKM1存在特异性相互作用，并正向调控其蛋白稳定性。临床样本分析进一步证实NUDT13-PKM1轴在直肠癌发生发展中的关键作用，为深入理解结直肠癌代谢重编程的分子机制提供了新的理论依据。
3、NUDT13通过PKM1重新编程结直肠癌细胞的糖代谢
通过系统的功能实验证实，NUDT13通过特异性上调PKM1表达，促使CRC细胞从糖酵解代谢模式转变为氧化磷酸化模式，从而抑制肿瘤生长。这一代谢重编程效应在体内外实验中得到验证，且具有氧依赖性特点。
4、NUDT13的NH结构域是其与PKM1结合的关键区域
通过结构域定位分析，首次明确NUDT13的NH结构域是其与PKM1发生功能性互作的必要条件，这一发现不仅揭示了NUDT13-PKM1相互作用的精确分子界面，也为后续开发靶向该结合界面的抑制剂提供了关键理论依据。
5、NUDT13通过减少PKM1的K48和K63连接的泛素链来稳定PKM1
通过位点特异性泛素突变体分析，深入揭示了NUDT13通过特异性拮抗PKM1蛋白N端K48/K63连接型泛素链的形成，从而阻断其蛋白酶体降解途径的分子机制。该发现不仅阐明了NUDT13稳定PKM1的精确作用靶点，也为理解蛋白质稳态调控在肿瘤代谢重编程中的作用提供了新视角。
6、PARP1诱导PKM1的ADP-核糖基化信号进行泛素化和降解
通过体/外内PARylation实验，证实PARP1可直接催化PKM1的PARylation，该过程可被Olaparib或NUDT13过表达抑制。通过对ADP-核糖化的活性位点预测，首次揭示PARP1特异性催化PKM1在E275/D281/E282/E285/D296位点的PARylation修饰，进而触发其K48/K63型泛素化降解的级联反应。该发现不仅阐明了NUDT13通过拮抗PARP1活性来维持PKM1稳定的精确分子机制，更创新性地建立了ADP-核糖基化修饰与肿瘤代谢酶稳定性调控的直接联系，为开发靶向PARylation-泛素化轴的抗癌药物提供了新策略。
通过酶活分析和基因编辑技术，首次揭示NUDT13通过其Nudix结构域中保守的谷氨酸残基（E245/248/249）发挥特异性ADP-核糖水解酶活性，直接清除PARP1介导的PKM1 PARylation修饰。这种独立于经典去PAR化途径的作用机制，在分子、细胞及动物模型层面均得到系统验证，不仅阐明了NUDT13-PKM1轴抑制结直肠癌发生的核心生化机制，更通过Olaparib的挽救效应为临床干预PARylation异常提供了直接证据。
通过结构生物学与合成生物学相结合的策略，首次证实NUDT13的230-252氨基酸是其调控PKM1稳定性的最小功能单元。基于此设计的穿膜肽N13-iRGD在体外和体内模型中均成功模拟了NUDT13的抑癌功能，且不引发系统毒性。这一发现不仅为开发靶向NUDT13-PKM1互作界面的肽类抑制剂提供了直接依据，更创新性地证明了功能域模拟策略在肿瘤代谢干预中的转化价值。