RecQ解旋酶在前列腺癌细胞中的表达及作为抗癌药物靶标的研究

RecQ helicase is an important family of DNA helicases, which have essential roles in nucleic acid metabolism by facilitating cellular processes including replication, recombination, DNA repair, transcription and in the maintenance of genomic stability. DNA helicase has a important role in cancer biology, which has led the studying of targeting human DNA helicases for specific therapeutic targets become a new research hotspot and development direction. Our research team studied the structure and function and their correlations of RecQ helicase, unwinding mechanism, effects of some chemotherapeutic drugs on the cell cycle of prostate cancer cell and the relevant differentially expressed genes of RecQ helicases, and discuss the mechanism of DNA helicases as targets of anti-cancer drugs at cell and molecular level. The project will mainly study the effects mechanism of chemotherapeutic drugs on the structure and function of BLM RecQ helicase, clarify the sensibility and specificity, determine the role of BLM helicase in cell proliferation, cell survival, and genomic damage after chemotherapeutic DNA damage, analyze the molecular mechanism and efficiency of BLM RecQ helicase as new target of anti-cancer drugs in prostate cancer, which will provide new thought and new target of drugs action.

RecQ解旋酶在DNA的复制、修复、重组和转录等细胞代谢过程和维持基因组的稳定性中具有非常重要的作用。DNA解旋酶在癌症生物学中具有重要作用，这使得以DNA解旋酶为靶标的研究成为实现特异性治疗癌症的一个新的研究热点和发展方向。本课题组研究了RecQ解旋酶的结构与功能及其相互关系、解链机制、化疗药物对前列腺癌细胞周期的影响及与RecQ解旋酶相关的差异表达基因，在细胞和分子水平，探讨了以DNA解旋酶为抗癌药物靶标的机理。本课题主要研究化疗药物对BLM RecQ解旋酶结构与功能的影响，弄清这种酶缺失前后的前列腺癌细胞对化疗药物的敏感性和特异性，确定BLM解旋酶在化疗药物对DNA损害后的细胞增殖、存活和基因组损害中的作用，解析以BLM RecQ 解旋酶作为抗前列腺癌药物新靶标的有效性和分子机制，这将可能为有效防治前列腺癌提供新思路和药物作用的新靶点。

BLM解旋酶是DNA解旋酶中的一个重要家族成员，它在DNA复制、修复、重组、转录和基因组稳定性等细胞代谢过程中具有重要作用。近年来研究发现，BLM解旋酶在多种癌细胞中呈现高表达，并且促进癌细胞的增殖分化。因此，以BLM解旋酶为靶标实现癌症的特异性治疗正成为一个新的研究热点和发展方向。本研究开展了化疗药物对BLM解旋酶结构与功能的影响机制研究，BLM解旋酶缺失前后对前列腺癌细胞增殖分化影响以及对化疗药物的敏感性分析，并从全基因组水平分析化疗药物抑制前列腺癌细胞增殖的分子机制，探讨以BLM解旋酶作为抗前列腺癌药物靶标的可行性。研究结果表明，DNA小沟结合剂和DNA插入剂等化疗药物通过结合dsDNA的小沟或插入DNA，从而阻止BLM解旋酶在dsDNA双链上的移动进而抑制其DNA解链活性和ATP酶活性；而拓扑异构酶抑制剂等化疗药物能通过静电引力和疏水作用力与BLM解旋酶形成稳定的BLM-药物复合物，影响其ATP酶活性并使BLM解旋酶的构象维持在较低解链活性状态从而抑制其解链。通过RNA干扰技术导致的BLM解旋酶在前列腺癌细胞中的低表达，可明显抑制前列腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力并促进其凋亡，并且对化疗药物的敏感性增强。此外，通过基因芯片分析三类化疗药物对前列腺癌细胞全基因组表达谱的影响，发现DNA小沟结合剂会引起前列腺癌细胞中20个基因表达下调、9个基因表达上调；DNA插入剂会引起137个基因表达下调、43个基因表达上调；拓扑异构酶抑制剂会引起216个基因表达下调、20个基因表达上调。生物信息学技术分析结果表明三类化疗药物作用于前列腺癌细胞时BLM解旋酶主要参与同源重组信号通路发挥作用，其机制可能是化疗药物通过结合细胞DNA双链或直接作用于拓扑异构酶和解旋酶来影响BLM解旋酶的功能，进而引起细胞周期调控基因出现差异表达并引起细胞周期变化，从而使前列腺癌细胞凋亡。本研究对以BLM解旋酶为药物靶标治疗前列腺癌及其他癌症提供了新思路，这对增强我国在癌症特异性治疗方面的创新能力具有重要意义。