Entosis介导的细胞间竞争及其在肿瘤细胞克隆选择中的作用研究

Human tumor is a type of highly dynamic and heterogeneous tissue composed of genetically different clones, inter-clonal competition is believed to be able to promote tumor evolution. Although continuing efforts in biology and medicine have made great progress in deciphering the molecular mechanisms genetically and epigenetically, the cellular mechanisms underlying direct inter-clonal competition remain unclear. Entosis was a recently reported non-apoptotic cell death process, in which one cell gets internalized into and finally dead inside of its neighbouring cell. The structure of so called "cell-in-cell" formed by entosis resembled those documented in a wide range of human tumors for decades, where "cell cannibalism" was used to describe this phenomenon. We hypothesized entosis a mechanism mediating inter-clonal competition and tumor evolution. In support of this, we found that some tumor cells can outcompete others, when mixed together, by serving as "engulfer" host cells and gain an advantage of outgrowth over the loser cells. The project proposed here aimed to first set up a model of direct competition among intra-tumoral clones base on entosis in vitro as well as in vivo, and then explore the molecular determinants which dictate the identity of "winner/engulfer"of tumor cells, finally identify the oncogenic mutations promoting clonal selection within tumor through this mechanism. Thus, we hope to provide a new vision and clue on clinical diagnosis and therapy of human tumors by the study of this project.

人的肿瘤组织是一个高度动态的异质性组织,由多个不同遗传背景的克隆组成,不同克隆之间相互竞争促进肿瘤的发展、进化。虽然现代生物医学的研究已经和正在揭示肿瘤进化的遗传学和表观遗传学分子机制，但是克隆间竞争直接的细胞学机制并不清楚。Entosis是最近报道的一种细胞生物学行为，这个过程中一个细胞能被相邻的细胞（宿主）卷入形成"cell-in-cell"结构，并最终在宿主中死亡，该结构在人各种肿瘤组织中存在，提示该机制可能介导肿瘤克隆间的竞争并促进肿瘤进化。与此相一致，我们发现将不同细胞混合时，一些肿瘤细胞总是被另外一些肿瘤细胞"吞入"并"杀死"，最终导致宿主肿瘤细胞获得生长优势。本课题将一方面利用体、内外模型进一步确认该机制在克隆选择、肿瘤进化中的作用；同时，以此为基础深入研究决定肿瘤细胞"宿主身份"的分子机制，鉴定通过此机制促进肿瘤克隆选择的致癌基因突变，以期为肿瘤临床诊断和治疗提供新思路。

本研究建立了一种基于entosis的细胞间竞争调节肿瘤克隆选择的模型，并揭示了其作用的分子机制。研究结果一方面为实体肿瘤中肿瘤进化提供了细胞学水平的全新机制，同时也cell-in-cell在肿瘤中生物学功能提供了合理的解释。完成了项目既定的所有科学目标，发表标注SCI研究论文14篇，合计影响因子>96，其中IF>10的有3篇，最高影响因子14.8，合计引用248次，单篇最高引用68次，超额完成既定目标（国际论文1-3篇，合计影响因子>6）。.肿瘤组织是一个高度动态的异质性组织,由多个不同遗传背景的克隆组成,不同克隆之间相互竞争促进肿瘤的发展、进化，但是克隆间竞争直接的细胞学机制并不清楚。本研究的目的是：基于一种新型的非自主性细胞死亡方式——entosis，建立肿瘤细胞间竞争的细胞和动物模型，并以此为基础，对肿瘤进化过程中介导entotic cell-in-cell结构形成和决定肿瘤细胞“赢家” 身份的分子机制进行解析。我们的研究发现：1）entosis是介导哺乳动物细胞间竞争的一种机制，宿主细胞是“winner”，被卷入细胞是“loser”。宿主肿瘤细胞在混合培养中扩增并成为优势克隆。这种机制在体外细胞培养和体内动物移植瘤模型中都能够发挥作用；2）粘附分子E-, P-cadherin,a-catenin，vinculin以及细胞周期蛋白CDKN2A能够调节细胞entotic cell-in-cell结构的形成，其中粘附分子是正性调节分子，而细胞周期蛋白CDKN2A是负性调控分子；3）粘附分子介导细胞间粘附连接的形成，会导致细胞连接处p190A RhoGAP的募集，从而使细胞连接处Rho活性收到抑制。因此，皮质区Rho呈现不对称的高活性，促进actomyosin收缩从而将Rho活性较高的细胞推入相邻细胞形成cell-in-cell结构。细胞骨架actomyosin的收缩通过增加细胞膜表面的刚性赋予细胞“loser”细胞的身份； 4）致癌相关基因突变（如KRAS V12， CDKN2A缺失）可以通过调控细胞内actomyosin的活性继而影响细胞刚性来决定肿瘤细胞在竞争中的身份，CDKN2A缺失和vinculin表达则赋予细胞输家的身份，而KRAS V12赋予细胞赢家身份。