Gankyrin调节人大肠癌4E-BP1磷酸化的实验研究

4E-BP1 binds to eIF4E, preventing its assembly into the EIF4F complex and inhibiting cap-dependent translation. Phosphorylation of 4E-BP1 disrupts this binding, activating cap-dependent translation. We reported that 4E-BP1 plays an important role in the pathogenesis of human colorectal cancer (CRC) and is a major target for the anti-CRC therapy. We found Gankyrin regulates the activity of 4E-BP1 by ubiquitination and phosphorylation modification, but the mechanism for Gankyrin induced 4E-BP1 phosphorylation is unknown. Our previous data indicated phosphorylation 4E-BP1 is necessary for the ubiquitin-degradation of 4E-BP1. Gankyrin regulates 4E-BP1 phosphorylation through mTOR signaling pathway, and TSC2 deletion can abolish Gankyrin regulated 4E-BP1 phosphorylation, so we hypothesize that Gankyrin regulates 4E-BP1 phosphorylation by a TSC2/mTOR dependent mechanism, which may be also involved in the pathogenesis of CRC. The specific aims are as follows: ① Confirm the significance of 4E-BP1phosphorylation to the ubiquitin-degradation, ② Elucidate the molecular mechanism of Gankyrin regulated 4E-BP1 phosphorylation, ③ Identify the significance of Gankyrin regulated 4E-BP1 phosphorylation in the pathogenesis of CRC. This project may provide fundamental evidence to suggest a novel cell signaling regulatory network between Gankyrin and mTOR signaling pathway, contribute to discover the molecular mechanism of the tumorigenesis and shed some new light on the targeted therapy of CRC.

先期研究表明，4E-BP1在人大肠癌的致病机理以及靶向治疗中发挥重要作用；Gankyrin是调节4E-BP1泛素化的重要分子，4E-BP1磷酸化可能是其泛素化降解的必要条件；Gankyrin对4E-BP1的磷酸化兼具调节作用。由于目前尚无关于Gankyrin调节4E-BP1磷酸化的文献报道，故其确切机制尚不明确。我们的先期研究结果提示，Gankyrin可能通过mTOR信号通路调节4E-BP1磷酸化，这一过程可能依赖于上游分子TSC2。在拟开展的研究工作中，我们将在以往的工作基础上进一步确证4E-BP1磷酸化对于其泛素化降解的重要性，并着力探讨Gankyrin调节4E-BP1磷酸化的分子机理，明确其在大肠癌致病中的作用。其实施将有助于阐释Gankyrin对4E-BP1活性的调节机制，对于大肠癌的发生发展机理探讨、以及分子靶向治疗等方面均具有重要意义。

Gankyrin在肿瘤的致病机理中发挥重要作用，但作用机制尚未明确；4E-BP1与上游激酶 mTOR所组成的信号通路是当今肿瘤治疗的重要靶点，但对mTOR/4E-BP1信号通路活性调控的研究尚不充分；磷酸化与泛素化一样同属于重要的蛋白质翻译后修饰过程，二者之间通常存在相互作用，但关于4E-BP1磷酸化/泛素化之间的调控关系尚无研究报道。本项目应用细胞生物学、分子生物学以及实验动物学（包括人源原代大肠癌动物模型—PDX）的研究手段，通过体外、体内研究，首次阐明了4E-BP1磷酸化对于其泛素化降解的重要作用，明确了Gankyrin调节4E-BP1磷酸化的分子机理，揭示了Gankyrin与mTOR/4E-BP1上游分子之间的调控网络，发现了Gankyrin/TSC/Rheb/mTOR这一信号传递路径，并明确了其在大肠癌发生发展中的重要角色，提出Gankyrin可以作为大肠癌的治疗靶点。相关研究结果完善了癌蛋白Gankyrin与细胞信号通路之间的网络调控机制，尤其是在国际上首次阐述了Gankyrin对mTOR/4E-BP1细胞信号通路活性的调节机制，对于大肠癌的发生发展机理探讨、以及分子靶向治疗等均具有重要意义。.本项目按照年度研究计划开展工作，已完成预计的研究内容，取得了预期研究结果。项目执行期间，共发表标注本项目资助的研究论文7篇，其中第一作者/通讯作者论文6篇；共申请两项发明专利，目前公开中；项目负责人张燕捷获评2014年度上海市青年五四奖章，入选2015年上海市浦江人才；培养3名硕士研究生。以此项目研究结果为基础的后续研究工作获得了2016年国家自然科学基金面上项目的资助（81672354）。