非组蛋白NPM1乙酰化和琥珀酰化对乳腺癌细胞DNA损伤应答的影响及其分子机制

With the development of epigenetics, researchers found that the post-translational modification of proteins plays an important role in tumorigenesis. We previously found by iTRAQ technique that the whole protein acetylation and succinylation levels were significantly higher in breast cancer tissues than those in normal tissues, and proteins with the two epigenetic modifications enriched most significantly in the DNA damage response marker H2A.X complex. Bioinformation analysis showed that in the complex, the acetylation and succinylation of non-histone protein NPM1 may play a key role in the H2A.X-mediated DNA damage response, but the specific role and relevance molecular mechanisms are not clear. Here we are going to verify the proteomic results, to examine the effects of NPM1 acetylation and succinylation on the expression level and activity of H2A.X, and to analyze the key modification sites and ways of NPM1. Then we will analyze the effects of NPM1 acetylation and succinylation on the H2A.X-mediated DNA damage response from the aspects of DNA damage repair, cell proliferation, apoptosis and senescence. Finally, we will analyze the possible molecular mechanisms through gene expression profile. Our project can provide ideas for the investigation of pathogenesis and therapeutic targets in breast cancer, and can offer experimental foundation for the study of non-histone post-translational modification.

随着表观遗传学的发展，研究者发现蛋白质翻译后修饰在肿瘤发生发展中具有重要作用。前期我们通过iTRAQ技术发现，乳腺癌组织中蛋白质整体乙酰化和琥珀酰化水平明显高于正常组织，且发生这两种修饰的蛋白在DNA损伤应答标志物H2A.X复合物中富集最为明显，生物信息学分析显示复合物中非组蛋白NPM1的乙酰化和琥珀酰化可能通过H2A.X在DNA损伤应答中发挥关键作用，然而具体作用及相关分子机制尚不清楚。本项目拟对前期蛋白质组学结果进行验证，同时检测NPM1乙酰化和琥珀酰化对H2A.X表达水平和活性的影响，分析NPM1发挥关键作用的修饰位点和修饰方式，并从细胞DNA损伤修复、增殖、凋亡和衰老四方面研究NPM1乙酰化和琥珀酰化对H2A.X介导的DNA损伤应答的影响，最后通过基因芯片表达谱分析可能的分子机制。本项目可为乳腺癌发病机制及治疗靶点的研究提供思路，为深入研究非组蛋白翻译后修饰提供实验基础。

随着表观遗传学的发展，研究者发现蛋白质翻译后修饰在肿瘤发生发展中具有重要作用。前期我们通过iTRAQ技术发现，乳腺癌组织中蛋白质整体乙酰化和琥珀酰化水平明显增加，且在DNA损伤应答标志物H2A.X复合物中富集最为明显，生物信息学分析显示复合物中非组蛋白NPM1高水平的乙酰化和琥珀酰化可能在H2A.X介导的DNA损伤应答中发挥关键作用，然而具体作用及相关分子机制尚不清楚。本项目在前期研究基础上，从组织水平和细胞水平验证了乳腺癌中NPM1第27位赖氨酸的高乙酰化/琥珀酰化水平，且该过程可能受乙酰化酶KAT2B和去乙酰化酶HDAC家族成员调控；功能研究表明，NPM1的乙酰化/琥珀酰化可上调H2A.X表达，进而增强乳腺癌细胞对DNA损伤应答的能力，主要表现为在依托泊苷诱导的DNA损伤过程中，促进应答蛋白H2A.X及DNA-PKcs的激活以及修复蛋白Rad51的表达。另外，NPM1的乙酰化/琥珀酰化还可增强乳腺癌细胞活力，下调周期抑制蛋白P27表达，增加S期细胞百分比，进而促进乳腺癌细胞增殖。最后的蛋白质组学结果表明，NPM1乙酰化/琥珀酰化发挥功能的分子机制可能同细胞因子CD70与其受体的结合密切相关。本项目揭示了乳腺癌中NPM1乙酰化/琥珀酰化修饰的功能及潜在分子机制，为乳腺癌发病机制及治疗靶点的研究提供思路，并为研究非组蛋白翻译后修饰提供实验基础。