调控SMAD4的ceRNA鉴定及其在结直肠癌发生发展中的作用

The development of colorectal cancer is a complex biological process, in which a variety of factors are invloved. miRNAs play an important role in the development of colorectal cancer by regulating target RNA transcripts post-transcriptionally. Most recently, many studies have identified that "competing endogenous RNAs'' (ceRNAs), as upstream molecules regulating miRNAs, could bind to and compete for the same pool of miRNAs with target mRNA 3'UTR.As a result, ceRNAs regulate the level of miRNAs and target genes..Our previous study identified that the level of YES1 and VAMP4, as the predicted ceRNA for tumor suppressor SMAD4, was significantly positively correlated with SMAD4 transcript in cancer tissues by bioinformatics and GEO database analysis.Our results demonstrated that YES1 and VAMP4 down-regulate SMAD4 on mRNA and protein level. .This project is to verify the regulation of ceRNA to SMAD4 3'UTR，to explore the function of miRNAs in this process, to investigate the effects of ceRNAs on the phenotype of cancer cells by TGFβ/Smad signaling pathway, and to detect the association of YES1, VAMP4,and SMAD4 expression in colorectal cancer tissues. Taken together, Our study will demonstrate the epigenetics molecular mechanism of ceRNAs→miRNAs→SMAD4 network, and provide potential new targets for the prevention and therapy to patients with colorectal cancer.

结直肠癌的发生是一个多因素参与的复杂生物学过程，其中miRNAs通过参与基因转录后调控在结直肠癌的发生发展中起关键作用。近期研究报道，竞争性内源RNA(ceRNAs)作为miRNAs的上游调节分子，通过竞争性抑制miRNAs与靶基因mRNA3'UTR的结合，发挥对miRNAs和靶基因的调控作用。前期工作中我们应用生物信息学和GEO数据库分析发现YES1和VAMP4作为ceRNA与抑癌基因SMAD4在肿瘤组织表达水平呈正相关性，并初步实验证明二者可下调SMAD4水平。本项目将进一步明确ceRNA对SMAD4 3'UTR的调节，以及在此过程中miRNAs所起的作用，探讨ceRNAs对TGFβ/Smad信号通路及肿瘤细胞表型的影响，研究上述分子在结直肠癌组织表达的相关性。以期阐明以ceRNAs→miRNAs→SMAD4调控网络为核心的表观遗传学分子机制，从而为结直肠癌的防治提供新的潜在干预靶点。

本项目进展过程中围绕着“调控SMAD4的ceRNA鉴定及其在结直肠癌发生发展中的作用”开展了一系列研究工作。首先明确了USP3与SMAD4之间的相互调控作用，及其依赖于miRNA二者互为ceRNA的调控机制；其次，找到同时调控SMAD4与USP3的miRNA——miR-224，并验证miR-224对SMAD4和USP3的直接调控作用，说明其在ceRNA调控中所起的作用；此外，明确了USP3通过ceRNA方式调控SMAD4影响结直肠癌细胞的侵袭转移；最后，临床结直肠癌组织样本检测分析结果提示，USP3和SMAD4在肿瘤组织呈低表达，而miR-224则与之相反，在肿瘤组织呈高表达，三者具有显著相关性，且USP3表达水平降低提示病人预后不良。在课题进展过程中，由于筛选标准的优化，我们发现USP3优于VAMP4及YES1，其对SMAD4的调控作用更为明显，二者可通过miR-224实现ceRNA之间的相互调控作用，并进一步影响肿瘤细胞的侵袭转移。故我们对课题计划进行了必要的调整。目前，这方面的工作仍在开展中。此外，根据上述研究结果，我们应用lncRNA芯片、表达谱芯片和CGH芯片进行联合筛选对SMAD4、USP3二者相关的lncRNA展开进一步研究工作，上述工作已获得国家自然科学基金资助。综上，本项目明确了USP3作为ceRNA通过miR-224调控SMAD4的分子机制。同时阐明了USP3对结肠癌细胞侵袭转移的抑制作用。课题从表观遗传学水平揭示了在结直肠癌发生过程中抑癌基因SMAD4功能失活的另一可能分子机制，即通过USP3-miR224-SMAD4之间的调控实现，上述研究国内外尚无相关报道，为结直肠癌的防治提供新的干预靶点，有一定的潜在应用价值。