基于定量磷酸化蛋白质组学的脯氨酰顺反异构酶Pin1介导肝癌发生的关键信号通路的筛选

Hepatocellular carcinoma (HCC) is one of the leading worldwide cancers with high mortality. It is urgent need to further study the molecular mechanism of development of HCC to explore new therapeutic targets. Pin1 is a novel postphosphorylation signaling regulator, which regulates many signaling pathways controlling cell proliferation and transformation. Pin1 is overexpressed in HCC and contributes to hepatocarcinogenesis. However, the molecular mechanism for mediation of Pin1 to hepatocarcinogenesis is largely unclear. The aim of this project is to screen out and validate the key signaling pathways for mediation of Pin1 to hepatocarcinogenesis at two levels, including cell and animal model, by quantitative phosphoproteomics, bioinformatics analysis combined with a series of biological methods. The research contents are as follows: 1) Obtain the phosphorylated proteins and phosphorylation sites in Pin1 knockdown HCC cells and in liver tissue of Pin1 transgenic mice via quantitative phosphoproteomics; 2) Screen out the key signaling pathways regulated by Pin1 with bioinformatics analysis; 3) Verify the role of these key signaling pathways in hepatocarcinogenesis by a series of biological methods; 4) Integrate all the experimental results to reveal the key signaling pathways for mediation of Pin1 to hepatocarcinogenesis.

肝癌是一种世界范围内的主要恶性肿瘤，具有高致死率。目前迫切需要对肝癌的发生机制进行深入研究，以探索新的治疗靶点。脯氨酰顺反异构酶Pin1是一种新型的后磷酸化信号调节者，它能够对控制细胞增殖和转化的多条信号通路进行调节。Pin1在肝癌中过表达，对肝癌发生起重要作用，但是Pin1介导肝癌发生的途径不清楚。本课题采用定量磷酸化蛋白质组学、生物信息学分析和一系列生物学方法，从细胞和动物两个层面筛选出并确定Pin1介导肝癌发生的关键信号通路。内容包括：1）通过定量磷酸化蛋白质组学获知Pin1敲减的肝癌细胞和Pin1转基因小鼠肝组织的磷酸化蛋白质和磷酸化位点数据；2）通过生物信息学分析筛选出受Pin1调节的重要信号通路；3）运用一系列生物学实验对重要信号通路在肝癌发生中的介导作用进行验证；4）综合所有实验结果，揭示Pin1介导肝癌发生的关键信号通路及其作用机制。

脯氨酰顺反异构酶Pin1是一种新型的后磷酸化信号调节者，激活多条致癌信号通路促进肿瘤发生。Pin1在70%肝癌组织中过表达，对肝癌发生起重要作用，但是Pin1介导肝癌发生的途径不清楚。本项目采用定量磷酸化蛋白质组学、生物信息学分析和一系列生物学方法，从Pin1敲减肝癌细胞和肝过表达Pin1转基因小鼠两个层面筛选出受Pin1调控的关键信号通路和下游效应蛋白，主要内容为：（1）Pin1敲减肝癌细胞和肝过表达Pin1转基因小鼠的定量磷酸化蛋白质组学分析；（2）定量磷酸化蛋白质组学实验数据的生物信息学分析；（3）Pin1调控的关键生物学通路和重要蛋白质分析；（4）Hspb1在人肝癌细胞和癌组织中的表达及与Pin1表达的关系；（5）HSPB1与PIN1的相互作用研究；（6）Hspb1敲减对人肝癌细胞生长增殖和克隆形成的影响。通过上述内容的研究，获得了以下研究成果：（1）在Pin1敲减的PLC细胞中，鉴定出5386个磷酸化肽段，共鉴定到2168个蛋白质，其中490种蛋白质的磷酸化水平发生显著改变；在肝过表达Pin1转基因小鼠肝脏中，鉴定出2681个磷酸化肽段，共鉴定到1783个蛋白质，其中157种蛋白质的磷酸化水平发生显著改变。（2）在细胞和动物两个水平上都受Pin1调控的生物学通路有62个，主要包括细胞粘附、细胞信号、细胞代谢等通路。（3）12种蛋白质参与共同生物学通路，其中8种蛋白质的磷酸化水平受Pin1正向调控，4种蛋白质的磷酸化水平受Pin1负向调控。在磷酸化水平受Pin1正向调控的8种蛋白质中，HSPB1蛋白的磷酸化水平受Pin1调控的幅度最大。（4）Pin1与HSPB1具有直接相互作用，Hspb1敲减能够非常显著的减少肝癌细胞的生长增殖和克隆形成能力。通过该项目研究，我们不仅揭示了肝癌中受Pin1调控的生物学通路，还鉴定出了Pin1调控的效应蛋白。HSPB1是Pin1的重要下游效应蛋白，可能在Pin1介导肝癌发生发展中起重要作用，HSPB1有望成为肝癌治疗的一个新的靶点。