影响蛋白质磷酸化的遗传变异与食管癌的易感性研究

Phosphorylation is an important post-transcription modification. Abnormal phosphorylation level of kinase may contribute to the initiation and development of cancers by activating or inhibiting its downstream signaling pathway. Accordingly, we assume that the Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) in or near the phosphorylation site, may be associated with the susceptibility to ESCC by affecting phosphorylation level and thus activation/inhibition important signaling pathways. Therefore, in this study, we firstly integrate a variety of databases to identify SNPs that may affect the protein phosphorylation levels. Then, based on our original exome-wide association study data, we screened and found candidate SNPs. Subsequently, we will carry out an independent case-control study to validate the association between these candidate SNPs and ESCC risk. Finally, we will perform a serious of functional analyses to verify the association and reveal the underlying biological mechanism. Our study provides new approaches to identify functional genetic polymorphisms. The identified susceptible variants may contribute to the screening of high-risk individuals and the prevention for ESCC.

蛋白质的磷酸化修饰是一类重要的转录后修饰过程，一些激酶的异常磷酸化，会导致其下游信号通路的过度激活或抑制，进而促进肿瘤的发生发展。我们由此提出研究假说：位于磷酸化位点或其周边区域的遗传变异，可能通过影响自身基因及其下游通路的磷酸化激活或抑制，进而影响食管癌的易感性。本研究拟（1）整合多个磷酸化位点注释数据库，在全基因组范围筛选出可能影响蛋白质磷酸化的遗传变异，并基于我们前期近4000对食管癌病例对照的全外显子组关联研究数据（Nature Genetics 2018），筛选出潜在的易感位点。（2）在独立的病例-对照中验证这些遗传变异与中国人群食管癌易感性的关联。（3）通过质谱等最新实验手段，阐明这些遗传变异影响基因磷酸化状态，进而影响食管癌发病风险的分子机制。本研究为发现更多功能性遗传变异提供了新的研究思路和策略，所识别的易感位点可为高风险个体筛查和食管癌防治提供线索和依据。

食管癌是我国常见的恶性消化道肿瘤，其发病率和死亡率均位列我国恶性肿瘤前列，是我国居民的健康的重要杀手。作为最广泛存在的一种蛋白质翻译后修饰，蛋白质磷酸化几乎参与了包括细胞生长、凋亡、分化在内的各个细胞生命活动阶段。本研究通过整合分子流行病学、分子生物学等研究手段，从影响蛋白质磷酸化水平的层面，探讨了影响磷酸化修饰的遗传变异与食管癌易感性的关联及其分子机制。首先，我们利用前期建立的蛋白翻译后修饰相关遗传变异数据库AWESOME，结合中国人群食管癌全外显子组、全基因组关联研究数据，对可能影响蛋白质磷酸化且影响食管癌发生风险的遗传变异进行了系统的鉴定，发现PTPN23蛋白磷酸化相关遗传变异 rs6780013与我国人群食管癌易感性最显著相关（OR=0.79，95% CI: 0.74-0.85，P=8.47×10-11）。接着，我们通过两阶段独立的病例对照研究，进一步证实了这一关联，合并发现和验证阶段的数据后，我们在总计9455例食管癌病例和10836例健康对照中证实rs6780013的A等位基因显著降低了食管癌的发生风险（OR=0.85，95% CI: 0.81-0.89，P=9.77×10-14）。最后，我们通过体内体外的一系列生物学功能实验，证实rs6780013-A等位基因型使PTPN23增加了一个苏氨酸磷酸化位点而被激活，激活后的PTPN23作为磷酸酶降低了EGFR的Thr669磷酸化水平，从而显著减弱了食管癌细胞的增殖能力。进一步的裸鼠成瘤实验证实，稳定过表达携带rs6780013-A等位基因型的PTPN23显著抑制了食管癌细胞的成瘤能力，证实PTPN23通过调控EGFR抑制食管癌的发生。本研究从蛋白磷酸化调控的角度，鉴定出PTPN23编码区遗传变异rs6780013通过影响PTPN23及下游EGFR的磷酸化水平影响食管癌的易感性，这一研究成果有助于建立食管癌的风险预测模型，为食管癌的精准防治提供更多线索和依据。