PRR11与Vimentin相互作用诱发肺癌细胞核纤层不稳定的机制研究

Proline-rich protein 11 (PRR11) is a novel tumor-related gene identified by our group. We have demonstrated that PRR11 palys pivotal roles in both cell cycle progression and lung cancer development (Ji et al 2013; Zhang et al 2015). We have also applied for two related patents regarding this novel gene. Recently, we further found that PRR11 interacts with the classic intermediate filament protein, vimentin, and overexpression of PRR11 induces vimentin disassembly and subsequently leads to nuclear lamina disassembly and premature chromatin condensation in lung cancer cells. These data strongly suggest that PRR11 induces nuclear lamina disassembly though interaction with vimentin and hence contributes to lung cancer development. In the present study, we will utilize a series of classic molecular and cellular techniques including Co-IP, GST pull-down, indirect immunofluorescence assay etc, to identify the interaction of PRR11 with vimentin, and investigate the molecular mechanisms and clinical significances of PRR11 induced nuclear lamina disassembly though interaction with vimentin in lung cancer cells. This study will not only extend our current knowledge of cancer cell behaviors, but also provide rationale for exploring PRR11-based diagnostic and therapeutic strategies in lung cancer.

PRR11是我们自主发现的一个新基因，已证实其参与细胞周期尤其是有丝分裂的调节，其在肺癌中高表达并参与肺癌发生发展。研究结果已相继发表于IJBCB和BBRC，且已申请两项国家发明专利。最近我们又发现：PRR11与中间丝蛋白Vimentin存在相互作用；过表达PRR11可导致肺癌细胞Vimentin组装紊乱，并由此诱发核纤层不稳定和染色质早熟凝聚现象。我们由此提出“PRR11通过Vimentin诱发核纤层不稳定而促进肺癌发生发展”的学术假想。本项目拟在前期系列研究的基础上，采用Co-IP、GST pull-down、间接免疫荧光等多种分子细胞生物学技术，鉴定PRR11与Vimentin相互作用关系，并进而阐明PRR11通过Vimentin诱发肺癌细胞核纤层不稳定的分子机制与临床意义。本研究不仅将丰富肿瘤细胞生物学基础理论，而且也将为探讨基于PRR11的肺癌分子诊断与靶向治疗奠定基础。

肺癌是最常见的恶性肿瘤之一，它的发病率和致死率都高居肿瘤谱的第一位。肺癌诊断时通常是晚期或是发生转移，患者5 年生存率一般不足16%。为此，筛选和鉴定肺癌标志物，明确肺癌发展过程中关键调控因子和重要信号调控网络，建立肺癌早期诊断的预警体系，对提高患者的生存率和改善患者的生存质量具有重大的理论和现实意义。我们研究发现PRR11与Vimentin存在共定位，尤其是在细胞核周存在强的共定位；但免疫共沉淀实验显示， PRR11与Vimentin无明显相互作用。随后利用免疫共沉淀后及LC/MS/MS技术检测，结果显示PRR11与Arp2和Arp3（分支状微丝骨架聚合蛋白复合物关键亚基）存在相互作用；且进一步通过Western blot检测验证PRR11分别与Arp2及Arp3存在互作。研究发现过表达PRR11驱动微丝骨架聚合与重排，并且PRR11过表达通过募集Arp2/3复合物驱动分支状微丝骨架聚合并影响其排列；同时也发现PRR11不影响束状微丝骨架聚合。发现在肺癌细胞中敲减或是过表达PRR11，免疫荧光染色及Western blot检测结果显示均会导致LINC复合物（Nesprin1/2及SUN1/2）表达及亚细胞定位紊乱。过表达或敲减PRR11后，两个肺癌细胞系中细胞核骨架Lamins的表达与定位也显著改变。虽然我们检测PRR11过表达后对肺癌细胞核结构的影响，结果显示PRR11过表达后细胞核染色质凝聚异常，且PRR11过表达导致染色质凝聚不依赖于细胞周期进程及染色质凝聚相关蛋白表达。进而检测PRR11过表达及沉默后对肺癌细胞异染色质结合/组装蛋白H3K9me3和HP1表达及定位影响，结果显示PRR11过表达及沉默均紊乱异染色质相关蛋白的表达，表明PRR11通过胞浆-核骨架系统影响染色质重塑并影响基因表达。通过生物信息学分析TGGA数据库，利用收集临床样本分析发现，肺癌样本中PRR11、Nesprin1和laminA/C在mRNA表达水平显著相关，且失调的PRR11、Nesprin1和laminA/C表达与预后显著相关。研究结果显示PRR11通过Arp2/3-actin-LINC complex-lamins轴调控细胞核稳定及染色质重塑与基因表达，且PRR11是一个潜在的肺癌诊断/治疗靶点，为后期其他以PRR11为靶点的临床诊断及药物开发提供了理论和实例依据。