7月22日，国际学术期刊Nature communications在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）杨巍维研究组与辽宁师范大学李国辉研究组的合作研究成果：“PFKM phosphorylates histone H3 and promotes mitotic progression by sensing the levels of citrate”。该研究揭示了PFKM感知柠檬酸水平促进细胞有丝分裂进程的功能及其分子机制。
细胞周期中的不同阶段有着不同的物质能量等代谢需求，G1期是蛋白质合成高峰期，需要调动合成代谢通路为其提供核酸及蛋白质合成原料，S期核苷酸合成被激活以满足DNA复制的需求，有丝分裂期上调脂肪酸合成以确保子细胞膜完整性。但细胞周期分子如何感知代谢物并保证细胞周期的顺利进行，还有很多未知。
柠檬酸作为三羧酸循环（TCA循环）的关键中间代谢物，由柠檬酸合酶（CS）在线粒体中催化草酰乙酸（OAA）与乙酰辅酶A缩合生成。它既可作为生物合成前体参与物质合成，又能通过氧化磷酸化（OXPHOS）途径产生ATP。柠檬酸作为一种重要的代谢物，参与包括癌症和炎症在内的多种生理和病理过程。然而，柠檬酸如何被细胞周期分子感知并驱动细胞周期进行，目前尚未阐明。本研究揭示了柠檬酸调控细胞周期进程的新机制，首次鉴定出PFKM作为柠檬酸的分子传感器。在有丝分裂时期，高水平的柠檬酸与PFKM结合促进PFKM四聚体转化成二聚体，二聚体PFKM与组蛋白H3相互作用，并作为蛋白激酶直接磷酸化组蛋白H3第10位丝氨酸（H3 S10），加速有丝分裂进程促进细胞增殖。该研究结果表明PFKM可以作为柠檬酸的传感器，将代谢信号整合到细胞周期调控中。值得注意的是，这一调控机制在正常细胞中同样存在。然而，肿瘤细胞通过维持更高的PFKM表达水平和柠檬酸水平，促进肿瘤细胞增殖。
分子细胞卓越中心杨巍维研究员和辽宁师范大学李国辉教授为该论文的共同通讯作者。杨巍维组博士林翩翩、博士后戚怡君和辽宁师范大学楚慧郢教授为该论文的共同第一作者。该项研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院战略先导项目等资助。该项研究工作得到了分子细胞卓越中心细胞生物学技术平台、分子生物学技术平台、化学生物学技术平台和动物实验技术平台以及国家蛋白质科学中心质谱平台的支持。
PFKM感知柠檬酸水平促进细胞有丝分裂进程
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-62111-3
