PHF1促进乳腺癌发生发展的表观遗传调控机制的研究

Histone post–translational modifications regulate chromatin structure and function largely through interactions with effector proteins that often contain multiple histone-binding domains. PHF1 [plant homeodomain (PHD) finger protein 1], which contains linked two kinds of histone reader modules, a Tudor domain and two PHD fingers, is an essential factor for epigenetic regulation and genome maintenance. While significant progress has been made characterizing the molecular function of PHF1, the roles that PHF1 plays in tumor are poorly identified. Our preliminary results show that PHF1 can interact with a variety of transcriptional regulatory complexes, and promote the proliferation and metastasis of breast cancer cells. In this project, we will employ the molecular and cellular experiment methods including immunoaffinity purification, ChIP-Sequencing and bioluminescence assays etc. to explore the epigenetic events which PHF1 participated in, expecting to reveal its physiological and pathological functions. This project will help us to better understand the role of PHF1 in tumor progression, and provide not only insights of histone modification recognition mechanisms but also new targets for cancer therapy.

组蛋白翻译后修饰主要通过被特异的解读者（Reader）识别并进一步招募相关的因子实现对染色质结构的精准调控。PHF1是一个含有Tudor及PHD结构域的组蛋白修饰的重要解读者/识别蛋白。研究发现PHF1通过识别组蛋白特异修饰后改变染色质构型而参与基因转录调控及DNA的损伤修复等多个核内事件，但是PHF1与肿瘤的目前并不清楚。我们的初步实验结果表明，PHF1能够与多种转录调控复合物相互作用，并能促进乳腺癌细胞的增殖转移，是一个潜在的原癌基因。本研究旨在此工作的基础之上，通过免疫亲和纯化质谱，免疫共沉淀，ChIP-Seq等方式探索PHF1参与基因表观遗传调控的分子机制，发现其调控的特异靶基因，明确其在乳腺癌发生发展中所发挥的作用，最终揭示其生理病理学功能。本项目有助于发现新的组蛋白翻译后识别的级联效应机制与表观遗传调控方式，并为乳腺癌的临床诊断治疗和药物研发提供新思路与新靶点。

本项目利用分子生物学，细胞生物学及表观遗传学等研究方法，鉴定了一系列在上皮间质转化（EMT）及肿瘤转移表观遗传调控网络中处于关键调控位置的调控因子，如新的组蛋白精氨酸甲基化识别蛋白PHF1，一个新的EZH2 K307甲基化酶SMYD2及去甲基化酶LSD1，一个新的组蛋白H3K27me2识别蛋白PHF20L1等。并且，系统地研究关键表观遗传调控因子PHF1、LSD1、SMYD2、PHF20L1、CUL4B、PRMT5、SIRT1等的功能和病理机制。通过寻找关键表观遗传调控因子的相互作用蛋白，对这些表观遗传修饰酶及其修饰位点进行 ChIP-seq、RNA-seq等高通量测序寻找靶基因，探讨其在恶性肿瘤发生发展与侵袭转移中的作用机制，建立小鼠模型验证上述调控因子对于恶性肿瘤转移、抗凋亡及复发中的作用，并探讨上述表观遗传调控因子作为新的肿瘤标记物与分子治疗靶点的准确性和有效性。通过本项目的实施，揭示了恶性肿瘤尤其是乳腺癌发生、转移过程中的关键通路、关键调控因子、关键效应因子及表观遗传分子机制，有助于发现新的组蛋白翻译后识别的级联效应机制与表观遗传调控方式，并为恶性肿瘤尤其是乳腺癌的临床诊断治疗和药物研发提供新思路与新靶点。项目负责人作为通讯作者，共发表文章14篇，其中包含SCI论文11篇，综述1篇，中文核心期刊论文2篇。研究成果发表在《Nucleic Acids Research》、《Journal of Molecular Cell Biology》、《Carcinogenesis》、《Cell Reports》、《Cell Death & Disease》、《Journal of Biological Chemistry》、《Science Advances》、《Advanced Science》、《Cell Death & Differentiation》（两篇）、《Theranostics》、《Frontiers in Immunology》、《中华肿瘤杂志》、《中国生物化学与分子生物学报》。以上成果均为在国家自然科学基金委面上项目的支持下获得，并已标注该基金。在该基金的支持下，项目负责人获批国家自然科学基金杰出青年项目，培养博士研究生11名，硕士研究生6名。