组蛋白H3甲基化修饰酶Mll和Rbp2在小细胞肺癌形成和发展中的调控机制

Small cell lung cancer (SCLC) is the most malignant pulmonary neuroendocrine tumor, accounting for about 20% of all lung cancer patients and having a very high mortality rate. Current clinical radiotherapy and chemotherapy is limited and the progress in targeted therapy for small cell lung cancer is slow. Recent studies show that histone-modifying enzymes are involved in the initiation and progression of this deadly disease. Using the recently developed spatially and temporally controllable knockout approach in mouse models of small cell lung cancer, We will investigate the functions of histone H3K4 methyltransferase enzyme Mll and H3K4 demethylase Rbp2 in the formation of small cell lung cancer and define the role of Rbp2 in chemotherapy resistance. After a mutant allele encoding Rbp2 enzymatically-dead protein is generated through the genome editing techniques-TALENs (transcription activator-like effector nucleases) small cell lung cancer, we will determine the requirement of the Rbp2 demethylase enzymatic activity in SCLC formation. These studies will dissect the pathogenesis of small cell lung cancer from the point of view of the epigenetics and further explore the new directions of the treatment for small cell lung cancer.

小细胞肺癌是肺神经内分泌肿瘤中恶性程度最高的神经内分泌癌，约占所有肺癌病人的20%，具有极高的死亡率。现有的临床传统放疗化疗措施有限并且小细胞肺癌的靶向治疗研究进展缓慢。近年来的研究表明组蛋白甲基化修饰酶参与这一恶性肿瘤的发生，发展。本项目拟采用最近开发的空间上和时间上特异性基因敲除小鼠肿瘤模型，在活体动物上研究组蛋白H3K4甲基化转移酶Mll和H3K4去甲基化酶Rbp2在小细胞肺癌的形成和发展中的作用，探讨是否Rbp2参与小细胞肺癌化疗耐药。同时运用TALENs基因组工程编辑技术体外失活Rbp2酶活性，进而研究Rbp2去甲基化酶的酶活性对于肿瘤形成的影响。从表观遗传的角度研究小细胞肺癌的发病机制，以期探寻小细胞肺癌的治疗新思路。

小细胞肺癌是肺神经内分泌肿瘤中恶性程度最高的神经内分泌癌，约占所有肺癌病人的20%，具有极高的死亡率。迫切需要新的靶向药物和有效的治疗手段。项目首先采用空间上特异性基因敲除小鼠肿瘤模型，在活体动物上研究组蛋白H3K4甲基化转移酶Mll和H3K4去甲基化酶Rbp2在小细胞肺癌的形成和发展中的作用，基于基因敲除小鼠模型的表型分析显示Rbp2的缺失对于p53/Rb双基因敲除小鼠的小细胞肺癌的发生和发展没有显著影响；Mll1单独敲除不导致肺神经内分泌细胞的增生，但是Mll1的失活对于p53/Rb双基因敲除小鼠的小细胞肺癌的发生和发展有促进作用。进一步结合小细胞肺癌细胞系和动物模型的双重优点开展从表观遗传学的角度探讨小细胞肺癌靶向精准治疗小细胞肺癌的研究。一方面研究发现表观遗传抑制剂JQ1可以间接上调BCL2家族蛋白BIM的表达从而有效杀伤MYCN高表达的小细胞肺癌细胞，表观遗传抑制剂JQ1和BCL2拮抗剂ABT-263联用通过降低N-myc上调BIM表达并可以降低BIM和BCL2/MCL1的相互作用促进凋亡，最终产生协同效应杀伤小细胞肺癌。进一步研究证实在小细胞肺癌小鼠移植瘤模型中JQ1和ABT-263的联合使用有效地抑制MYCN扩增的小细胞肺癌移植瘤的生长。这项研究工作表明表观遗传抑制剂JQ1和ABT-263的联合使用可能是一种有效治疗MYCN扩增的小细胞肺癌的方法，具有潜在的临床应用价值。另一方面研究发现PI3K/AKT/mTOR信号通路在大部分的小细胞肺癌中过度活化。p-4E-BP1的表达水平与细胞对RAD001 和BEZ235敏感性正相关。磷酸化的4E-BP1可以作为BEZ235和RAD001治疗小细胞肺癌响应的生物标志物。BEZ235和RAD001联合使用是通过抑制AKT磷酸化、p-4E-BP1和Mcl-1蛋白进而抑制癌细胞的增殖。采用PI3K和mTOR双重抑制剂BEZ235和mTOR抑制剂RAD001可以产生协同效应并有效杀伤SCLC细胞。为目前mTOR抑制剂RAD001用于SCLC临床失败的可能原因给出分子机制解释并提供了潜在联合用药的解决方案。本项目的研究从表观遗传和信号通路的角度研究小细胞肺癌的发病分子机制，在此基础上体内和体外实验探讨了联合用药精准治疗小细胞肺癌的治疗新思路。