β-catenin协同HuR促进HSF1表达在结直肠癌细胞谷氨酰胺代谢中的作用及其机制

Glutaminolysis plays a critical role in the pathogenesis of many cancers including colorectal cancer. However, the mechanism of glutaminolysis regulation in cancer cells remains largely undefined. In the preliminary studies for this proposed work we found that glutaminase1 (GLS1), one of the rate-limiting enzymes in glutaminolysis, was highly expressed and important for the growth of colorectal cancer cell. Moreover, we found that knockdown β-Catenin expression could down-regulate GLS1 expression through the up-regulation of GLS1-targeting miR137. Next, we found that β-Catenin might regulate HSF1 translation by directly interacting with HuR, and HSF1 could transcriptionally regulate miR137 expression. Therefore, we proposed that activated wnt/β-Catenin signaling could promote glutaminolysis and colorectal carcinogenesis via regulating HSF1-miR137-GLS1 axis. To approve this hypothesis, we will perform a series of in vitro and in vivo experiments to define the role of β-Catenin in the translation of HSF1 mRNA, explore the role of HSF1 in regulating miR137 transcription and clarify the clinical relevance of β-Catenin-HSF1-miR137-GLS1 axis in colorectal cancer. Taken together, we hope our proposed study will reveal the role and mechanism of Wnt/β-Catenin signaling in promoting glutaminolysis and colorectal carcinogenesis. By doing so, we believe it could facilitate the development of novel strategies for the effective prevention and treatment of colorectal cancer and probably other cancers.

谷氨酰胺代谢在结直肠癌发病中发挥重要作用，但具体机制尚未清楚。我们预实验研究发现谷氨酰胺代谢关键酶GLS1在结直肠癌细胞中高表达且可促进细胞增殖；敲低β-Catenin或HSF1表达可经由上调miR137转录来下调GLS1表达；β-Catenin可能协同HuR来调控HSF1翻译。因此推测β-Catenin可能通过HSF1来抑制miR137转录，间接上调GLS1表达，从而促进谷氨酰胺代谢。在本研究中，我们拟通过细胞和动物等实验来分析β-Catenin对HSF1翻译表达的调控作用及其机制，以及HSF1对miR137转录表达的调控作用和机制，从而阐明β-Catenin对GLS1表达的调控机制，明确β-Catenin-HSF1-miR137-GLS1信号轴在谷氨酰胺代谢以及结直肠癌发病中的作用及临床意义。因此，本研究将从代谢调控角度揭示结直肠癌的发病机制，从而为结直肠癌的有效防治提供新的思路。

谷氨酰胺代谢在结直肠癌等恶性肿瘤的发生发展中发挥重要作用，但其具体调控机制尚未完全明确。在本项目研究中，我们结合之前发现的直肠癌撤除谷氨酰胺明显抑制细胞生长的结果进一步研究发现：（1）谷氨酰胺代谢的关键限速酶谷氨酰胺酶1（GLS1）在结直肠癌组织和细胞中高表达，敲低GLS1表达能明显抑制细胞增殖和下调谷氨酰胺代谢。在小鼠体内模型中，GLS1抑制剂能明显抑制APC小鼠自发小肠腺瘤和AOM/DSS诱导肠癌的发生发展。（2）Wnt/β-Catenin信号通路通过抑制microRNA miR-137表达，上调miR-137靶基因GLS1表达。（3）热休克因子1（HSF1）能直接与miR-137启动子区结合，通过与DNMT3a相互作用把DNMT3a招募到miR-137启动子区而增加其启动子区DNA甲基化来抑制miR-137转录表达，从而上调miR-137靶基因GLS1表达。抑制HSF1活性或敲除HSF1都能显著抑制小鼠肠癌发生发展，并上调小鼠肠癌组织中miR-137表达，同时下调GLS1表达。（4）结直肠癌细胞和组织中β-Catenin和HSF1都高表达且正相关；Wnt/β-Catenin信号通路促进HSF1蛋白翻译表达。本项目研究基本明确了β-Catenin-HSF1-miR-137-GLS1信号轴在结直肠癌发生发展中的作用及临床意义；阐明Wnt/β-Catenin信号通路通过上调HSF1 mRNA的m6A水平，上调HSF1蛋白翻译表达，增加miR-137启动子区DNA甲基化而抑制其转录表达，最终上调GLS1蛋白表达，激活结直肠癌细胞谷氨酰胺代谢，促进结直肠癌发生发展；因此化学或遗传学水平靶向抑制HSF1或GLS1的活性或表达，都能显著抑制肠癌的发生发展。本项目研究不仅从表观遗传学角度（DNA甲基化修饰和microRNA）揭示了Wnt/β-Catenin信号调控结直肠癌细胞谷氨酰胺代谢的分子机制，而且也为设计新的结直肠癌精准防治策略提供了新的理论依据。