结直肠癌线粒体DNA分子遗传学变化及其对癌细胞能代水平的影响

Colorectal cancer (CRC) is one of the common human malignancies, and surgery is the radical treatment means. However, about 30% to 40% CRC patients have been suffering local progression or metastasis when symptoms first appeared, and missed the timing of surgery treatment. Therefore, in order to develop new treatment methods on CRC, exploring the pathogenesis of cancer has been a hot topic of oncology research. It has been found genetics and epigenetic changes involve in cancer pathogenesis, and play important roles in the progression of CRC. Changes in mitochondria function caused by colorectal mtDNA epigenetic alterations have not been reported, till now. Mitochondrial DNA is involved in a variety of complex proteins which encode respiratory chain, and the epigenetics and genetics change may affect the metabolism of tumor cells and other pathophysiological changes in CRC. The subject will study CRC methylation of mtDNA D-loop region, copy number changes and sequence mutations as a starting point, evaluate the respiratory chain complex enzyme expression and investigate the effects of these series of changes on tumor cell's proliferation, apoptosis and metabolomics. According the clinical pathological stages, try to clarify the influence and regularity of mtDNA variation in colorectal tumor development, to find out new biomarkers for early diagnosis and new treatment targets for CRC.

结直肠癌是人类常见恶性肿瘤之一，外科手术是其根治的主要手段，然而 30%～40%的患者出现症状时已是局部进展期或转移病程，错过治疗时机。故探寻癌症发病机制以期开发新的治疗手段一直是肿瘤学研究的热点。已有研究发现在结直肠癌的病程发展中，遗传学及表观遗传学的变化在癌症的发病机制里有重要的角色。而目前对结直肠癌中mtDNA的表观遗传的变化引起线粒体自身功能的改变尚未见相关报道。线粒体DNA参与编码呼吸链上多种复合蛋白，其表观遗传学及遗传学的改变极有可能影响肿瘤细胞的代谢及其他病理生理变化。本课题将就结直肠癌中mtDNA 的D-loop区甲基化、拷贝数改变及序列突变等为出发点，研究这一系列改变对呼吸链复合体酶表达量及活性的影响，探讨肿瘤增殖、凋亡及代谢组学等变化，对比临床病理分期，尝试阐明mtDNA在结直肠癌的变化规律及对肿瘤发生发展的影响，以期为结直肠癌的早期诊断及治疗找到新的标志物及作用靶点。

结直肠癌（Colorectal cancer，CRC）已成为人类常见恶性肿瘤之一，在2010年西方国家的《癌症统计》中显示，CRC在西方国家已成为导致人类直接死亡的第三位恶性肿瘤疾病。以往对CRC的研究多侧重于核基因组，近年来对癌细胞线粒体DNA（简称mtDNA）越来越关注许多研究已经证明在CRC的发病及病程发展中，遗传学及表观遗传学的变化在癌症的发病机制里都扮演着举足轻重的角色。.. DNA的甲基化水平的改变是表观遗传学的重要调节方式，发生在DNA中的CpG岛区域，而甲基化在影响和调控DNA功能以及与癌症病发上关系密切，故研究线粒体的病变机制，D-loop区是非常重要的研究突破点。我们先前的研究也已发现D-loop区mtDNA甲基化水平在CRC 进程中发生了显著改变。而在CRC 的mtDNA 的表观遗传的变化引起线粒体自身功能的变化研究报道则尚未见相关报道。. 故本课题就CRC中mtDNA的D-loop区甲基化、拷贝数改变及序列突变为出发点，发现mtDNA这一系列改变对呼吸链复合体酶的影响，并对比临床病理分期，从而阐明mtDNA在CRC中的变化规律及对肿瘤发生与进展的影响，并对mtDNA的调控机制进行了深入的研究。主要从以下七个方面进行深入研究：1、结直肠癌组织和细胞株mtDNA D-loop区甲基化情况；2、结直肠癌组织和细胞株中mtDNA相对拷贝数变化；3、D-LOOP区甲基化对mtDNA含量的影响；4、结直肠癌肿瘤细胞增殖活性及凋亡；5、结直肠组织复合体ND-2的含量及功能；6、结直肠癌组织中p53和TFAM的表达；7、P53通过调节TFAM增加mtDNA的含量. 通过以上的实验内容我们证实：mtDNA数量增加、p53及TFAM表达增加是结直肠癌发病的重要病理因素，而mtDNA数量增加主要通过mtDNA的D-LOOP甲基化促进mtDNA复制及p53通过调节TFAM增加mtDNA转录完成。在自然科学基金面上项目的资助下，我们完成了计划中的实验内容，完成了计划任务书中的内容，发表论文4篇，其中SCI论文3篇，完成了预期目标。