线粒体转录终止因子2调控氧化磷酸化对宫颈癌细胞恶性生物学行为的影响及机制研究

Mitochondrial oxidative phosphorylation and energy metabolism have been closely associated with malignant biological behavior in cancer cells. Our pevious studies have demostrated that human mitochondrial transcirption termination factor 2 (MTERF2) can negatively regulate mitochondrial gene transcription, and strongly inhibit cell cycle and cell proliferation. However, the specific mechanism underlying this phenimenon still remains to be clarified. In the present study, we are going to use three kinds of cervical cancer cell lines, HeLa cells (HPV-18 positive)、CasKi cells (HPV-16 positive) and C-33A cells (HPV negetive), as expriment material to exploit the effects of MTERF2 protein on mitochondrial gene exprssion and oxidative phosphrylation activity (mitochondrial transmenbrane potential, ATP, ROS and respiratory control rate, and further we will try to reveal the effects of MTERF2 on cell cycle, apoptosis, proliferation, infiltration and migration ability. Our study will help to reveal the relationship between mitochondrial gene expression, oxidative phosphorylation and malignant biological behavior, and broaden our insight into the research on aberrant energy metabolism in cancer cells as well.

线粒体氧化磷酸化及能量代谢异常与肿瘤细胞恶性生物学行为之间的关系密切。项目前期研究表明，人类线粒体转录终止因子2(MTERF2)在细胞内负调控线粒体基因转录水平，且对细胞周期增殖有强烈的抑制作用，但其具体的作用机制仍不明确。本项目以宫颈癌细胞HeLa(HPV-18阳性)、CaSki(HPV-16阳性)和C-33A(HPV阴性)为研究材料，旨在阐明MTERF2蛋白在不同类型的宫颈癌细胞中对线粒体基因表达及氧化磷酸化活性(跨膜电位、ATP、ROS、呼吸控制率)的影响；筛选和鉴定细胞内能与MTERF2相互作用的蛋白质；揭示MTERF2调控线粒体ATP和ROS水平对肿瘤细胞周期、细胞增殖力、浸润、迁移能力、细胞凋亡等恶性生物学行为的影响及分子机制。通过本项目的实施，将有助于进一步揭示线粒体基因表达及氧化磷酸化活性与细胞恶性生物学行为的关系，也将为细胞能量代谢异常与肿瘤发生发展的研究提供新的视角。

线粒体氧化磷酸化及能量代谢异常与肿瘤细胞恶性生物学行为之间的关系密切。本项目旨在阐明MTERF2蛋白在不同类型的宫颈癌细胞中对线粒体基因表达及氧化磷酸化活性(跨膜电位、ATP、ROS、呼吸控制率)的影响；揭示MTERF2调控线粒体ATP和ROS水平对肿瘤细胞恶性生物学行为的影响及分子机制。通过本项目的实施，有助于进一步揭示线粒体基因表达及氧化磷酸化活性与细胞恶性生物学行为的关系，也为细胞能量代谢异常与肿瘤发生发展的研究提供新的视角。项目于2017年1月立项，经过3年的努力，现已完成项目计划所要求的研究内容。主要取得以下的研究结果：(1) MTERF2蛋白和mRNA在不同类型肿瘤组织（宫颈癌、乳腺癌及肝细胞癌）和不同宫颈癌细胞株中均显著低于对应的正常组织和细胞，且MTERF2蛋白分布于细胞质的线粒体。(2)免疫共沉淀实验结果显示，宫颈癌HeLa细胞内MTERF2与TFAM、MTERF1和MTERF3之间存在相互作用。(3) MTERF2 基因的过表达会显著降低线粒体编码基因的mRNA 水平和线粒体编码蛋白水平( P＜0.05) ，而敲低MTERF2 后线粒体转录和翻译水平略有下降，但无显著差异。过表达MTERF2的宫颈癌HeLa细胞线粒体呼吸链复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ相对酶活性以及线粒体跨膜电位下降；呼吸控制率（RCR）和细胞内ATP含量下降，ROS显著上升。RNAi稳定敲低MTERF2的宫颈癌HeLa细胞上述指标与空白对照组或阴性对照组比较差异均无统计学意义。(4) 稳定过表达MTERF2的子宫颈癌HeLa细胞增殖能力下降，同时子宫颈癌HeLa细胞的克隆形成能力、迁移能力和侵袭能力均显著下降；细胞周期出现G1/S期阻滞，周期蛋白D1和pRb蛋白的表达水平明显下降。下调MTERF2表达的子宫颈癌HeLa细胞的增殖能力、克隆形成能力、迁移能力和侵袭能力均有所增强，且未出现细胞周期阻滞。此外，稳定过表达或下调MTERF2表达对子宫颈癌HeLa细胞凋亡均没有显著影响。本项目为后续深入开展线粒体基因表达与肿瘤能量代谢、细胞增殖及转移的关系研究奠定了基础。项目执行期间发表研究论文20篇，其中3篇SCI，6篇中文核心期刊。培养硕士研究生5名，毕业硕士生2名，圆满完成预期的研究任务。