利用端粒DSB激活ALT通路及其分子机制研究

Cancer cells maintain telomere length in two ways to overcome hayflick limit: about 85% cancer cells use telomerase, whereas 15% cancer cells use alternative lengthening of telomeres (ALT). Usually, ALT is inhibited in telomerase cells. How does ALT activate is still unclear and attracted many researchers. Recently, results from our lab revealed that telomeric DSB could generate some of the ALT marker in telomerase positive cells. Here we set up an ALT activation cell model by generating telomeric DSB. And we plan to explore the differentially expressed genes, activated signaling pathways and telomere structural alteration during ALT activation in this model. This project is going to give a clue for prevention and therapy-treatment of ALT cancer.

保持端粒长度稳定是癌细胞克服Hayflick界限保持永生的途径。约85%的癌细胞通过端粒酶延伸端粒，另外15%的癌细胞采用端粒延伸替代途径（ALT）。通常在端粒酶阳性细胞中ALT通路被抑制。迄今为止ALT肿瘤细胞是如何产生的尚不清楚。近年来本实验室的研究表明端粒发生双链断裂（DSB）后产生了部分ALT的表征。本项目计划以此为基础研究ALT的激活。前期，我们通过CRISP/Cas9技术在端粒酶阳性细胞中产生端粒特异的DSB，观察到了ALT通路激活的全部表征。以此为细胞模型，本项目计划从以下几个方面深入研究ALT激活的机制：哪些基因的表达水平发生了变化（基因水平）；哪些信号通路被激活（蛋白网络水平）；端粒结构发生了什么变化（结构水平）。希望通过阐释ALT激活的机制为ALT肿瘤预防和治疗提供理论依据和靶点。

ALT肿瘤细胞是不具备端粒酶活性、采用端粒延伸的可选机制（ALT）延伸端粒的肿瘤细胞。与端粒酶阳性细胞相比较，ALT肿瘤细胞恶性程度更高，患者预后更差。ALT细胞具有几个鲜明的特征：端粒长度异质性高，端粒DNA损伤多，端粒能够发生同源重组，含有染色体外c-circle等。但是关于ALT的一系列问题尚不清楚，包括ALT是如何产生的，其延伸端粒的分子机制是什么，其上的DNA损伤与ALT之间有什么关系等等。在本项目的研究中，我们通过CRISP/Cas9系统产生端粒特异的DNA损伤，诱导了ALT的发生，并且以此为研究模型，全面研究了端粒损伤与ALT之间的关系，我们发现端粒损伤引起的同源重组和断裂诱导的复制是ALT维持端粒长度的机制。端粒损伤造成的复制叉阻滞通过环出机制产生c-circle及其他ALT标志物。在研究调控ALT的基因、蛋白质的研究中，我们发现鸟面综合征致病基因TCOF1的突变引起端粒转录活跃，诱发端粒不稳定； ALT细胞的内源DNA损伤诱导p53低表达，激活AKT信号通路，发挥抗凋亡的新功能。这些研究结果为ALT肿瘤细胞的治疗提供了理论依据，也为鸟面综合征的治疗提供了新思路，具有重要的临床意义。