细胞外人酪氨酰氧化酶家族蛋白在乳腺癌细胞转移过程中的作用和协同性研究

Breast cancer is type of systemic disease, and presents lymph node metastases at very early stage. Recent studies have shown that lysyl oxidase (LOX) family proteins, especially human lysyl oxidase (hLOX) and human lysyl oxidase-like 2 (hLOXL2) are highly up-regulated in invasive/metastatic breast cancer tissues and cells, and closely related with cancer cell proliferation, mobility and adhesion. Recently, hLOX and hLOXL2 have gained wild attention as potential therapeutic targets for invasive/metastatic breast cancer. Extracellular accumulation of hLOX and hLOXL2 has been detected with highly invasive breast cancer cells, but their precise functions in breast cancer cell invasion/metastasis are currently unknown. The purpose of this study is to investigate 1) the similarities differences, and their possible collaboration of hLOX and hLOXL2 on their substrates specificity and catalytic ability of extracellular matrix components, 2) the effects and possible collaboration of these two proteins on breast cancer cell proliferation, motility, and adhesion, 3) the possible pathway for these two extracellular proteins to be re-localized intracellularly. These studies will lay the groundwork for understanding the molecular mechanisms of breast cancer metastasis and for design of therapeutic drug in the fight against metastatic cancers.

乳腺癌作为一种全身性疾病，早期即可发生腋淋巴结转移。近年研究发现，人赖氨酰氧化酶（human lysyl oxidase, LOX）家族蛋白，尤其人赖氨酰氧化酶（hLOX）和人赖氨酰氧化酶类2（hLOXL2）表达上调与乳腺癌细胞增殖、运动、黏附性、恶性转化和侵袭等有密切的联系。hLOX和hLOXL2作为乳腺癌治疗的潜在靶标，获得了广泛关注。在高侵染性的乳腺癌细胞外，尽管hLOX和hLOXL2均有大量积累，但它们的生理功能及在乳腺癌细胞侵染过程中的作用仍不清楚。本项目将从重组hLOX和hLOXl2蛋白的生化特性入手，研究1）它们底物特异性和对细胞外基质成分催化作用的异同及协同性，继而通过2）这两种蛋白对肿瘤细胞增殖、粘附、运动能力和细胞转移的作用和协同性，3）这两种胞外蛋白可能进入细胞的途径，揭示其在乳腺癌细胞外的具体生理功能。为推动对乳腺癌转移的分子机理的深入了解，及靶向药物设计奠定基础。

人赖氨酰氧化酶（hLOX）和人赖氨酰氧化酶类2（hLOXL2）在正常情况下为细胞外分泌蛋白，对细胞外基质中的弹性蛋白和胶原蛋白的交联，及细胞外基质的成熟起着重要作用。近年来的研究发现，这两种蛋白的表达上调与许多癌症，特别是乳腺癌的细胞增殖、恶性转化和侵袭性等有密切的联系。但是，由于缺少成熟的异源表达系统，无法获得大量有活性的蛋白，制约了对其酶学性质、细胞外生理功能的进一步研究。本项目的主要研究内容为选择毕赤酵母和大肠杆菌两种表达系统，异源重组表达hLOX和hLOXL2蛋白，并研究其生化性质及对肿瘤细胞侵袭的影响。本项目的重要结果为获得了大量可溶且有生物活性的大肠杆菌异源重组表达hLOXL2蛋白，研究了重组表达蛋白的底物特异性等生化特性，以及重组蛋白对肿瘤细胞的增殖和侵袭的改变作用，并发现了非糖基化的重组蛋白可能被细胞内吞且重新定位。本项目的关键数据为利用增溶标签GST和MBP，获得大量可溶的且具有生物活性的hLOXL2全长、部分截短（D1-2 hLOXL2）及活性中心（hLOXL2core）片段蛋白的表达及其酶学性质。其中，全长hLOXL2部分截短（D1-2 hLOXL2）片段蛋白能够刺激乳腺癌细胞MCF-7的增值和侵袭；而且，这两种蛋白均能够被MCF-7细胞内吞到细胞内重新定位。本项目研究结果的科学意义：1.首次获得了大量原核表达的可溶且有生物活性的重组和hLOXL2蛋白，并首次在大肠杆菌表达hLOXL2重组蛋白中检测到LTQ辅因子的形成。这一结果为系统的研究hLOXL2的酶学性质以及进行蛋白质结晶的研究提供了重要的基础；2.首次研究了细胞外重组D1-2 hLOXL2蛋白对肿瘤细胞的增殖和侵袭的作用，验证了国际上对hLOXL2蛋白过量表达在肿瘤发展过程中的重要作用的推测；3.发现细胞外hLOXL2和D1-2 hLOXL2蛋白均可能进入细胞重新定位的现象，为hLOXL2的生物学功能的研究提供了崭新的思路。