组蛋白去甲基化酶JMJD5及其相关蛋白在肝癌发生中的功能及分子机制的研究

Liver cancer is the second leading cause of cancer death. It has become clear that not only genome variations but also epigenetic modifications may contribute to the initiation and progression of liver cancer. JMJD5 is reported as a JmjC-domain containing histone demethylase, which can remove methyl group from H3K36me2. Our previous studies indicate that expression of JMJD5 decreased significantly in liver cancer tissues compared with adjacent non-tumorous tissues. Moreover, JMJD5 can repress liver cancer cell proliferation. However, the function and molecular mechanisms of JMJD5 in liver cancer are largely unknown. In this project, we proposed to investigate the function and molecular mechanisms of histone demethylase JMJD5 and its related proteins during liver cancer initiation and progression from the following three directions: First, investigate the function of JMJD5 in liver cancer initiation and progression using Jmjd5 knock-out mice and liver-specific Jmjd5 knock-out mice. Second, search for the downstream target genes of JMJD5 genome-widely and investigate their effects on liver cancer malignancy. Third, investigate the genetic and epigenetic mechanisms of decreased JMJD5 expression and study the potential of JMJD5 as a therapeutic target in liver caner. Upon the completion of this project, new theory evidence and target genes for cancer therapies will be provided to uncover the abnormal epigenetic changes in cancer initiation and progression.

肝癌是全世界癌症致死率第三的肿瘤。除了基因组方面的异常，表观遗传相关因子的异常也是诱发肝癌的关键原因。JMJD5是包含JmjC结构域的组蛋白H3K36me2的去甲基化酶，本课题前期研究显示JMJD5在肝癌样本中表达明显降低， 并能够抑制肝癌细胞增殖，但目前JMJD5在肝癌中的作用及其分子机制尚不清楚。本项目拟通过以下三个方面来研究JMJD5及其相关蛋白在肿瘤发生和发展过程中的功能及分子机制：1. 利用Jmjd5基因剔除以及肝特异性敲除Jmjd5 的小鼠模型，探讨JMJD5 在肝癌的发生和发展过程中的作用；2. 基于全基因组层次研究JMJD5下游靶基因及其对肝癌恶性性状的影响；3. JMJD5在肝癌下调表达的遗传学和表观遗传学机制研究，探讨靶向JMJD5治疗肝癌的潜力。本项目的研究将为揭示肿瘤发生和发展过程中表观遗传相关因子的异常提供新的理论依据和肿瘤治疗的靶向因子。

肝癌是全世界癌症致死率第三的肿瘤。除了基因组方面的异常，表观遗传相关因子的异常也是诱发肝癌的关键原因。JMJD5是包含JmjC结构域的组蛋白H3K36me2的去甲基化酶，本课题前期研究显示JMJD5在肝癌样本中表达明显降低，并能够抑制肝癌细胞增殖，但目前JMJD5 在肝癌中的作用及其分子机制尚不清楚。 研究发现包含jumonji C（Jmjc）结构域的蛋白通过表观遗传修饰在多种肿瘤的发生和发展过程中起着重要作用。但是关于含有Jmjc结构域的蛋白在肝癌发生和发展过程中的作用并不清楚。 通过数据挖掘，我们发现，在肝癌病人中，JMJD5表达量低的病人生存率降低，我们在人的肝癌样本中通过实验证明JMJD5启动子区域组蛋白修饰H3K9ac、H3K27ac和H3K4me2/3在肝癌中显著降低，而H3K27me3和H3K9me3显著升高，这种异常的组蛋白修饰导致JMJD5的表达在肝癌样本中显著下降。敲减JMJD5的表达促进细胞周期从G1期进入S期，促进肝癌细胞的增殖和裸鼠皮下成瘤能力，过量表达JMJD5产生的效应与之相反。为进一步探究JMJD5影响肝癌细胞增殖的分子机制，我们发现，敲减JMJD5导致CDKN1A mRNA下降，而过量表达JMJD5引起CDKN1A mRNA上升。后续的研究结果发现JMJD5能够结合到CDKN1A的启动子区域，促进CDKN1A的转录，这种调控不依赖于JMJD5 H3K36me2去甲基化酶的活性。我们的研究结果证明JMJD5在肝癌的发病过程中是一个肿瘤抑制基因，肝癌中JMJD5启动子区域的表观遗传修饰的异常导致了JMJD5表达下降，从而导致CDKN1A的转录下降，最终导致肝癌细胞异常增殖。. 我们还发现JMJD5能够与PRC2复合物中具有H3K27me3甲基转移酶活性的成员EZH2结合。EZH2在多种肿瘤的发生和发展过程中有重要作用。JMJD5在EZH2上结合的结构域与EZH2和EED结合结构域及ncRNA结合结构域重叠。JMJD5的缺失导致肝癌细胞的增殖依赖于EZH2。我们的实验结果证明JMJD5在肿瘤的发生和发展过程中作为EZH2的负调控因子发挥作用。.