SIAH2参与肿瘤低氧微环境的分子调控

Hypoxia is a common feature in malignant tumors and correlates with tumor progression and metastasis. But the underlined molecular mechanism remains ambiguous. We have identified that SIAH2 could be induced and activated by hypoxia and overexpressed in tumor tissues in comparison with normal tissues. Besides, knockdown of SIAH2 dramatically inhibited tumor growth in xenograft mouse model. These date further imply that SIAH2 is an important regulator within tumor cells under hypoxia. Therefore, to identify new substrates and components in hypoxia-SIAH2 axis may have tremendous potential in better understanding of the molecular principles of hypoxia response within tumor cells. We plan to resort to IP-MS and bioinformatics analysis to identify new components in the hypoxia induced SIAH2 complexes, and subsequently to use varies of means including biochemistry, cell biology and molecular biology for validation and further test how it impact on tumorigenesis under hypoxic microenvironment.

低氧微环境是体内普遍存在的生理病理现象，低氧诱导的血管新生被认为是肿瘤发展转移的重要因素。我们的前期工作发现低氧激活E3泛素连接酶SIAH2，并通过抑制Hippo信号通路参与肿瘤形成；发现并证实SIAH2的表达与肿瘤发生呈正相关；体内成瘤实验表明SIAH2缺失能够显著抑制肿瘤生长。以上结果提示我们SIAH2在低氧微环境中对于肿瘤的发展发挥了重要作用。因此，研究低氧条件下SIAH2底物蛋白的调控网络将有助于人们了解肿瘤的形成和转移机制，也助于开发新的治疗策略。本申请拟通过蛋白组学的方法鉴定SIAH2的底物蛋白网络，并结合生物信息学的方法分类聚焦重要信号通路中的关键蛋白；再利用生化、细胞、分子生物学等方法验证并分析SIAH2靶蛋白及其泛素化修饰位点；分析新的底物蛋白在低氧微环境下调控的分子机制，及其在肿瘤发生过程中的作用。本项目将揭示肿瘤低氧微环境介导的SIAH2的蛋白网络互作的分子调控机制。

肿瘤细胞的增殖、迁移以及肿瘤组织内环境稳态的维持共同调节肿瘤的发生与发展。肿瘤细胞，基质细胞和免疫细胞之间的相互调控以及代谢调控一同构成了肿瘤微环境。.线粒体作为细胞内物质代谢和能量代谢的中心，除了为细胞提供必需的能量和原料外，还参与细胞内多种信号转导。近年来的研究发现，线粒体DNA拷贝数在多种肿瘤类型中降低，线粒体相关基因也发生了突变，这些发现提示线粒体功能异常可能与肿瘤发生和发展有关。通过对肿瘤数据库中线粒体先关基因的分析以及肿瘤组织样本的的分析，我们发现在低氧的肿瘤微环境中，肿瘤细胞的线粒体数量和功能全部降低。为了探寻调控此过程的关键因子，我们通过筛选确定了调节线粒体新生的关键转录因子NRF1在低氧条件下参与调控了肿瘤细胞中线粒体功能和数量。进一步生化分析表明，低氧环境下会引起NRF1蛋白的泛素化降解。我们通过对一些列响应低氧刺激的E3 泛素连接酶的筛选，鉴定出了E3泛素连接酶SIAH2是低氧条件下泛素化NRF1的关键蛋白。低氧条件下，SIAH2通过泛素化修饰NRF1第230位赖氨酸，促进其依赖于蛋白酶体的降解。SIAH2介导的NRF1泛素化降解进一步改变了低氧区域细胞内核编码线粒体基因的表达，从而影响了线粒体新生以及其功能。NRF1还参与调节糖酵解和三羧酸循环转变的关键酶组分PDHB的转录。低氧引起的NRF1的泛素化降解，会减弱PDHB的转录表达，从而导致低氧区域内细胞中丙酮酸脱氢酶活性的降低，促进了糖酵解中乳酸的产生。乳酸则进一步促进肿瘤相关巨噬细胞向II型极化，促进了肿瘤组织内的抗炎反应。基因敲入实验表明，抑制低氧下NRF1的降解能够阻断低氧引起的线粒体功能障碍和乳酸的生成，同时肿瘤相关巨噬细胞向II型极化的转变也会受到抑制。体内成瘤实验表明低氧稳定型NRF1突变体肿瘤组织内部会出现大面积继发性坏死, 造成这一现象的原因是由于NRF1靶基因FADD的持续表达增强了细胞程序性死亡的敏感性。同时由于巨噬细胞的极化受到影响，引起了凋亡细胞不能够被及时清除从而引发了次级坏死。本研究阐述了低氧调控的线粒体新生影响肿瘤发展的分子机制，并揭示了NRF1作为一个潜在的靶向肿瘤组织低氧区域，激活抗肿瘤免疫反应的新靶点。