E3泛素连接酶FBXL2在TGF-β1介导的肿瘤转移中的作用

Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT) is a fundamental process of cancer metastasis，in which the transforming growth factor-β1 (TGF-β1) plays a critical role. Abundant evidences indicate that TGF-β1 stimulates Twist1 mRNA transcription in a manner dependent of Smad pathway, which in turn promotes EMT. Our prelimary data indicate that TGF-β1 enhances Twist1 protein stability via a Smad-independent pathway. Furthermore, we also demonstrated that E3 ubiquitin ligase FBXL2 plays an important role in regulation of Twist1 protein stability. Moreover, TGF-β1 significantly down-regulates FBXL2 expression in a Smad-independent pathway, which facilitates cancer cell mobility. Together, these data indicate that TGF-β1 employs a new Smad-independent pathway to promote EMT. Hence, the purpose of this project is to dissect the molecular mechanism under which TGF-β1 regulates FBXL2-Twist1 pathway and the role of TGF-β1-FBXL2-Twist1 pathway in cancer metastasis. This study would provide a new insight for understanding TGF-β1-mediated cancer metastasis and potential new drug targets for cancer treatment.

上皮间充质转化（EMT）是细胞迁移，浸润以及肿瘤转移的重要基础。研究表明TGF-β信号通路主要是通过经典的Smad通路转录上调与EMT相关的转录因子Twist1等基因的表达，进而诱导EMT的发生。我们前期工作发现TGF-β1可不依赖Smad通路增加Twist1的蛋白稳定性，从而诱导EMT。通过筛选E3泛素连接酶文库，我们首次发现E3泛素连接酶FBXL2显著抑制Twist1的蛋白稳定性。而且我们前期研究表明TGF-β1可不依赖Smad通路抑制FBXL2蛋白的表达，进而增加Twist1的蛋白稳定性，促进肿瘤的转移。本项目拟阐明TGF-β1调控FBXL2的分子机制以及TGF-β1-FBXL2-Twist1新的信号通路在肿瘤转移中的作用。本项目拟从生化，细胞，分子生物学，动物模型以及临床样本组织芯片等方面探索TGF-β1调控肿瘤转移的新的信号通路，为寻找癌症转移治疗的新靶标奠定基础。

肺癌的发病率和死亡率一直高居榜首，每年约30%的癌症患者死于肺癌。转移是肺癌导致人类死亡和难以根治的主要原因。研究表明上皮间充质转化（EMT）是细胞迁移，浸润以及肿瘤转移的分子基础，而TGF-β信号通路主要是通过经典的Smad通路转录上调与EMT相关的转录因子Twist1和E47等基因的表达，进而诱导EMT的发生。但是，TGF-β通路通过不依赖经典的Smad通路来调控E47/Twist1表达的分子机制还不十分清楚。本项目从细胞水平，动物模型以及临床样本三个层次阐明了TGF-β1不依赖Smad信号通路调控FBXL2-E47/Twist1的分子机制以及其在肿瘤转移中的关键作用。本项目的重要研究结论包括：（1）TGF-β1信号通路激活导致E3泛素连接酶FBXL2的降解，且这一过程不依赖于经典的Smad通路；（2）TGF-β1通过促进E3泛素连接酶FBXO3的表达，进而导致其下游底物FBXL2的降解。（3） TGF-β通过Erk促进FBXO3蛋白的T82位磷酸化，进而导致FBXO3蛋白稳定性增加；（4）FBXL2是E47蛋白新的E3泛素连接酶，FBXL2抑制Twist1蛋白表达依赖于E47蛋白；（5）非经典的TGF-β1信号通路通过抑制FBXL2的表达，导致E47和Twist1蛋白的上调，并促进细胞迁移和肿瘤转移。（6）FBXL2在肺癌组织中低表达，且随着肺癌恶性程度增加，FBXL2的表达逐渐降低。此外，FBXL2的低表达与肺癌患者预后差显著相关。综上所述，本项目揭示了FBXO3-FBXL2-E47-Twist1这一新的信号通路在非经典的TGF-β信号通路介导细胞迁移和肿瘤转移中的关键作用，拓展了TGF-β介导的肺癌转移理论，为肺癌的治疗提供了新的靶标和理论支撑。