Identification of DGAT2 as a key modulator of mitochondrial dysfunction in hepatocellular carcinoma

Abstract

While the contribution of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) on hepatocellular carcinoma (HCC) is keep increasing overtime, little is known how lipid metabolism plays its role in HCC. This article investigated the triacylglycerol (TG) synthesizing enzyme, diacylglycerol O-acyltransferase 2 (DGAT2) and the consequences of losing it in HCC. The role of DGAT2 in HCC is analyzed via loss-of-function assay. DGAT2 knockdown (KD) HepG2 cell line was analyzed via RNA sequencing and ATAC sequencing. These in vitro and bioinformatic data were further compared with different cohort of liver cancer patients and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) patients to elucidate how DGAT2 is regulating cancer metabolism. Knockdown of DGAT2 in HepG2 cell line exhibits decrease in lipid accumulation, suggesting suppressed TG synthesis. Notable changes in HepG2 were a decrease in mitochondrial size and its function, calculated via oxygen consumption rate. In the aspect of the cancer cell line, DGAT2 KD HepG2 exhibits upregulated cell cycle, proliferation, and migration. Further analysis of transcriptome of NAFLD and HCC patients highlights negatively correlating expression patterns in lipid-associated 73 genes. Cancer patients with the lower gene expression happen to face lower survival rate and this tendency is also applied with the expression of DGAT2. DGAT2 KD cell and liver patients’ transcriptome show downregulation in transcription factor, estrogen related receptor alpha (ESRRA) via Integrated System for Motif Activity Response Analysis (ISMARA), correlates with ATAC sequencing data and luciferase assay. Overexpression of ESRRA in DGAT2 KD HepG2 rescued mitochondrial activity and size. DGAT2 expression sustains the stability of mitochondria in hepatoma via downregulation of ESRRA-PROX1 transcriptional activity, ameliorates the cell proliferation in HCC. 비알코올성 지방간의 유병률이 증가함에 따라 간암 환자들의 병인으로써의 지방간의 영향이 점차 대두되고 있다. 그러나 실질적으로 지방 대사가 지방간 과 간암에서 어떻게 변화하는지 잘 알려지지 않았다. 본 논문은 지방간 환자 들과 간암 환자들의 유전체 분석을 기반으로 지방 대사에 관여하는 유전자들이 지방간에서는 증가하는 반면 간암에서 특이적으로 감소하는 결과 확인하였다. 이 중 중성지방 합성 효소인 DGAT2가 간암에서 어떠한 역할을 가졌는지 확인하고자 간암 세포주인 HepG2에서 DGAT2 유전자를 억제하여 그 기능이 손실되었을 때 변하는 요인 관찰하였으며, 간암 환자들이 가지고 있는 요인들과 비교하였을 때 어떠한 공통점을 가졌는지를 보았다. DGAT2의 기능이 감소하였을 때 세포주에서 지방 축적의 감소와 함께 세포의 성장률이 증가하는 것을 확인하였다. 흥미로운 점은 세포 내 미토콘드리아의 크기와 기능에서 확연한 감소를 관측하였다. 특히 이러한 미토콘드리아의 영향은 기존 간암 환자들에서도 확인할 수 있었으며 이러한 기능 감소는 환자의 예후에 악영향을 미치는 것으로 확인되었다. 이러한 대사적 변화의 원인을 찾기 위해 유전체 정보를 기반으로 전사인자들의 활성도를 분석하였고 ESRRA라는 전사인자의 활성 저하로 인해 미토콘드리아의 기능이 감소한다고 판단하였다. 특히 핵 안의 단백질을 확인해본 결과 실질적인 ESRRA의 양이 감소하였으며, 해당 전사인자의 저해제로 알려진 PROX1의 결합이 증가한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 데이터를 기반으로 DGAT2는 ESRRA-PROX1 전사인자의 결합을 유도하여 미토콘드리아 기능 저해를 일으킨다는 것을 확인할 수 있었다.