去泛素化酶USP22-BMI1信号轴在缺氧诱导的胶质瘤干性维持中的作用和机制研究

The refractoriness of glioma is largely caused by glioma stem-like cells (GSCs), which lead to high invasiveness and therapeutic resistance. As one of the most important feature of solid tumors, hypoxia can activate the expression of hypoxia-inducible factors (HIFs), which play crucial roles in maintaining glioma stemness by transactivating various stemness-related genes. As a pivotal oncogene implicated in glioma stemness, polycomb gene BMI1 encodes a short half-life protein that is subject to ubiquitin mediated degradation. Our previous study found that USP22 could directly interact with and stabilize BMI1 in glioma and the USP22-BMI1 axis exerts important roles in stemness maintenance under normoxic condition. Our purpose is to systematically explore the role of USP22-BMI1 axis activated by HIFs in maintaining the hypoxia induced glioma stemness and promotion of therapeutic resistance and relapse by regulating a series of target genes associated with cancer stemness, quiescence and redox hemostasis by the methods including cellular molecular biology, clinical validation, three-dimensional organoid culture and orthotopically transplanted model. This study will provide a new understanding of the molecular mechanism in cancer therapeutic resistance.

胶质瘤因其高侵袭性和治疗抗性而难以治愈。肿瘤干细胞被认为是其主要原因。缺氧作为实体肿瘤最重要的特征之一，其可以激活缺氧诱导因子（HIF）从而影响许多干性相关基因的表达。其中BMI1作为维持胶质瘤干性的一个关键癌基因，其编码一个可被泛素化降解的短半衰期蛋白。我们前期研究发现去泛素化酶USP22能在胶质瘤中直接结合并稳定BMI1；USP22-BMI1信号轴在常氧条件下对胶质瘤细胞的干性维持起着重要的作用。本项目拟借助细胞分子生物学和临床组织学分析结合3D类器官培养和裸鼠颅脑成瘤模型等方法系统研究USP22-BMI1信号轴受HIF的转录激活后在缺氧诱导的胶质瘤干性维持中的重要作用以及其调控下游一系列与肿瘤干性、静息和氧化还原相关的靶基因表达，最终引起胶质瘤治疗抵抗和复发，为肿瘤治疗抵抗分子机理提供新的理解。

胶质瘤因其高侵袭性和治疗抗性而难以治愈。肿瘤干细胞被认为是其主要原因。缺氧作为实体肿瘤最重要的特征之一，其可以激活缺氧诱导因子（HIF1a）从而影响许多干性相关基因的表达。其中BMI1作为维持胶质瘤干性的一个关键癌基因，其编码一个可被泛素化降解的短半衰期蛋白。我们前期研究发现去泛素化酶USP22能在胶质瘤中直接结合并稳定BMI1；USP22-BMI1信号轴在常氧条件下对胶质瘤细胞的干性维持起着重要的作用。本项目拟研究USP22-BMI1信号轴受HIF1a的转录激活后在缺氧诱导的胶质瘤干性维持中的重要作用以及USP22-BMI1信号轴对下游一系列与肿瘤干性、静息和氧化还原相关的靶基因的调控作用，为肿瘤治疗抵抗分子机理提供新的理解。通过基因敲和免疫印迹发现，在胶质瘤干细胞中，USP22下调抑制缺氧诱导的干性维持、细胞静息和氧化还原应激。2、通过基因过表达结合克隆形成和流氏分析发现上调BMI1能逆转USP22敲减抑制的缺氧诱导的干性维持、细胞静息和氧化还原应激以及细胞增殖和凋亡。3、通过荧光报告基因技术发现在胶质瘤干细胞中，USP22和BMI1受到HIF1a的直接转录激活调控。4、通过基因敲减和过表达结合克隆形成和细胞凋亡实验发现上调USP22能逆转HIF1a敲减后抑制的干性维持、细胞静息和氧化还原应激以及细胞增殖和细胞凋亡。5、同时上调BMI1也同样能逆转HIF1a敲减后抑制的干性维持、细胞静息和氧化还原应激以及细胞增殖和凋亡。这些结果说明在缺氧条件下，USP22和BMI1的转录均得到激活，USP22-BMI1信号轴和常氧条件下相比得到了强化。USP22-BMI1信号轴促进胶质瘤干细胞的增殖，抑制了胶质瘤干细胞的凋亡，并能正向调控下游一系列和干性维持、细胞静息和氧化还原应激有关的基因表达。靶向USP22-BMI1信号轴有望成为克服胶质瘤治疗抵抗的一个新方向。