E3泛素连接酶Smurf1的小分子抑制剂在抗乳腺癌细胞扩散中的作用的研究

Tumor cell metastasis is the major cause of death of cancer patients. In our previous study, we developed a cell-based high-throughput screen system for screening modulators of E3 ubiquitin ligases. Taking advantage of this screening system, we successfully identified a specific inhibitor for E3 ubiquitin ligase Smurf1, a key regulator in metastasis by controlling TGFbeta-induced epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) of mammary epithelial cells through targeting RhoA for degradation. Indeed, treatment of this small molecule significantly blocked TGFbeta-induced mammary epithelial cell EMT, cellular protrusive activity, and cell migration, confirming that this compound is an effective inhibitor for Smurf1. Therefore, we will further systematically investigate the effect of this Smurf1 inhibitor on blocking breast cancer cell invasive activity and tumor metastasis on cellular level and using mouse models. We will generate a compound library of derivatives of this Smurf1 inhibitor to study its structure-activity relationship and elucidate the mechanism for inhibition of Smurf1 by the inhibitors, therefore providing a promising lead compound for breast cancer therapy by targeting tumor metastasis.

肿瘤细胞的扩散是癌症导致人类死亡的最主要的因素。我们的前期工作以抑制乳腺癌细胞扩散为靶点，针对在乳腺癌细胞扩散中起重要作用的E3泛素连接酶Smurf1进行了高通量的抑制剂筛选，成功地得到了能够有效抑制Smurf1活性的小分子抑制剂，并且在细胞水平初步验证了其细胞生物学活性，证实该小分子抑制剂的确能够有效地抑制转化生长因子（TGFbeta）诱导的乳腺上皮细胞的上皮-间质细胞的转化过程（EMT）和细胞的迁移能力。在此基础上，我们将进一步在细胞水平以及动物模型上对该小分子抑制剂在抑制乳腺癌细胞扩散中的作用进行系统深入的研究。我们将以该小分子抑制剂为模板，对其进行修饰改造以得到其衍生物的化合物库，并对其进行结构与功能关系的研究，以阐明其对Smurf1抑制的分子机理，并对其进行优化以得到能够用于新的抗乳腺癌药物研发的先导化合物。

蛋白质分子的异常降解会导致多种人类重大疾病的发生，特别是一些重要抑癌因子的异常降解与癌症的发生发展密切相关。目前的一些研究表明E3泛素连接酶Smurf1在一些肿瘤组织中的表达水平明显上调，并且自肿瘤的发展中起着重要的作用。我们之前的研究结果表明Smurf1可以通过泛素化降解RhoA，在细胞极性、细胞迁移、上皮—间质细胞转化以及癌细胞的扩散等许多生物学功能中起着非常重要的作用。阻断Smurf1对RhoA的降解可以降低细胞的运动性并阻止了TGFbeta信号诱导的上皮—间质细胞的转化。我们最近的研究发现Smurf1不仅可以介导Rho家族的小G蛋白RhoA的泛素化降解，还可以泛素化降解其同家族蛋白RhoB。有趣的是，Smurf1所介导的RhoB的泛素化降解与其介导的RhoA的泛素化降解的细胞生物学功能并不相同。Smurf1介导的RhoA的泛素化降解主要是在细胞骨架的动态调控中起作用，而Smurf1介导的RhoB的泛素化降解则是在DNA损伤所引起的细胞凋亡中发挥着重要的功能。RhoB作为一个重要的抑癌因子，其在癌组织中表达常常会被显著降低。我们的研究结果提示Smurf1在肿瘤中高表达可能会导致RhoB的过度泛素化降解，进而在肿瘤的发生过程中也起着重要的作用。因此，以E3泛素连接酶Smurf1作为靶点蛋白，来筛选其特异性的小分子化合物抑制剂，将非常有希望得到治疗癌症的新药的先导化合物。在本项目的研究中，我们以RhoB作为底物，以萤火虫荧光素酶和海肾荧光素酶作为双报告蛋白，构建了Smurf1的小分子调节剂的高通量筛选系统，并利用该系统进一步筛选到新的Smurf1的小分子抑制剂。此外，我们在之前的研究基础上进一步发现在单链DNA损伤的情况下，激活的ATR/Chk1信号通路不仅会通过Chk1磷酸化Smurf1以增强Smurf1的自身泛素化降解，使得Smurf1的蛋白水平下调，从而导致 RhoB的蛋白水平上调，还会磷酸化修饰RhoB，使其从细胞膜进入细胞质，并与SUMO化的E3连接酶PIAS1结合，进而被SUMO化修饰。SUMO化修饰的RhoB会与TSC2结合，将TSC复合物带到溶酶体，从而抑制mTORC1的活性，启动细胞自噬。我们的研究为进一步阐明RhoB在DNA损伤情况下调控细胞生物学活性和功能的分子机制提供了新的思路。