CaMKIIγ激酶调控慢性髓系白血病干细胞增殖和耐药分子机制的研究

It is well known that leukemia stem cells(LSC) is resistant to current anti-leukemia agents, which is one of major problems for permanently curing leukemia. Our previous studies showed that natural compound berbamine (BBM) could efficiently eradicate leukemia stem cells(LSCs) of chronic myeloid leukemia (CML). Recently, we used BBM as molecule probe and identified CaMKII γ kinase as a critical regulator for proliferation and drug resistance of CML LSC. This kinase can potently up-regulate β-catenin and Stat3 that are positively regulate LSC and promote proliferation of LSC. Moreover, this kinase is highly activated in LSC, and represents a novel therapeutic target for LSC, but its action mechanisn remains elusive. In this project, we will identify up-stream and down-steam partners interating with CaMKII γ and corresponding pathways using CoIP, protein MS,western blot and siRNA techniques. We focus on identification of signaling pathways essential for proliferation and drug resistance of LSC and expect to reveal mechanisms that CaMKII γ regulates proliferation and drug resistance of CML leukemia stem cell. These data will lay a foundation for CaMKIIγ as therapeutic target of LSC and develop novel anti-leukemia agents.

已知白血病干细胞(LSC)对目前常用药物耐受,是白血病长期缓解的主要障碍之一。我们前期研究发现天然化合物小檗胺(BBM)能有效清除慢性髓性白血病(CML)LSC。新近,我们应用BBM作为分子探针率先鉴定出CaMKIIγ激酶是调控CML LSC增殖和耐药的关键分子之一。该激酶能显著上调β-catenin,Stat3等LSC增殖正相关关键分子,促进LSC增殖,在LSC中呈选择性高表达,是一个新的LSC治疗性靶标,但其作用机制不详。本课题拟应用免疫共沉淀,蛋白质质谱,Western blot,siRNA等技术分离和鉴定与CaMKIIγ相互作用的上下游信号分子及相应信号通路,重点关注与LSC增殖和耐药相关的信号通路,以期阐明CaMKIIγ调控LSC增殖和耐药分子机制,为下一步以CaMKIIγ作为清除LSC靶标,研发具有自主知识产权的新型抗白血病药物奠定基础,具有重要科学意义和潜在临床应用价值。

前期研究发现CaMKIIγ激酶在慢性髓性白血病（CML）白血病干细胞(LSC)中呈选择性高表达,并且与LSC增殖和耐药密切相关,可能是一个新的LSC治疗性靶标,但其作用机制不详。本项目从动物，细胞和分子水平深入研究CAMKIIγ在CML LSC中的作用和相应分子机理。重要结果：（1）发现CaMKIIγ异常表达激活LSC从而促进CML急变。应用CaMKII γ敲除小鼠模型研究CaMKII γ缺失对BCR-ABL融合基因诱导CML影响,结果发现BCR-ABL虽然可以诱导CML，但其外周血和脾脏中白血病细胞数量明显低于野生型CaMKII γ小鼠,而且其生存时间明显长于野生型小鼠，表明CaMKII γ激酶敲除明显延缓BCR-ABL诱发CML的发病。进一步研究发现，CaMKII γ敲除的小鼠骨髓和脾脏内LSC数量比野生型小鼠分别下降21.5倍和5.1倍。CaMKII γ缺失对长期LSC功能影响更大。CaMKII γ敲除并不明显影响正常骨髓和脾脏造血干细胞生长和发育；（2）发现CaMKIIγ是唤醒休眠期LSC的关键分子开关。我们下一步研究CAMKIIγ是否影响细胞周期素依赖激酶抑制剂p27Kip1。结果发现，CAMKIIγ过表达能显著增加p27Kip1分子磷酸化水平，并降低细胞核内p27Kip1水平。CaMK抑制剂KN93能呈剂量依赖性下调磷酸化p27Kip1水平，CaMKIIγ和p27Kip1形成信号复合物，提示CAMKIIγ通过磷酸化和随后通过蛋白酶体依赖降解p27Kip1这一分子刹车来维持LSC扩增；（3）发现CaMKIIγ通过调节β-catenin、 p27Kip1等分子调控LSC自我更新和存活。我们发现CaMKIIγ与β-catenin、p27Kip1等分子形成多个信号转导复合体，提示CaMKII γ调控LSC增殖和耐药机制十分复杂。（4）发现CaMKIIγ通过稳定C-myc蛋白促进T细胞淋巴瘤发生。我们还发现该激酶是C-Myc癌基因驱动的T-细胞淋巴瘤发生必需的因子。CaMKIIγ通过直接磷酸化c-myc蛋白方式稳定c-myc蛋白，从而促进淋巴瘤的发生。科学意义：上述研究结果不仅有助于深入阐明慢性髓性白血病急变和C-Myc-驱动的T细胞淋巴瘤的发生机制，而且也为设计新型抗白血病和淋巴瘤药物奠定基础,具有重要科学意义和潜在临床应用价值。