蛋白异构酶Pin1调控细胞自噬影响肿瘤细胞存活的研究

The Prolyl Isomerase (PPIase) Pin1 is a critical regulator of protein phosphorylation and its high expression correlates with pathological processes of many cancers. Autophagy is an intracellular lysosomal degradation process of macromolecules and organelles, which plays an important role in many biological events including maintaining cellular homeostasis and in responding to environmental stimuli. .In preliminary experiments, we found that Pin1 can regulate basal level and starvation induced autophagy, thus affect the survival of cancer cells. Pin1 binds to FoxO3a in vivo and modulates the phosphorylation of FoxO3a in nutrient-deprived condition. Analysis of TCGA data demonstrates a significant positive correlation between Pin1 and LC3 expression, as well as a significant negative correlation between Pin1 expression and FoxO3a phosphorylation among many tumor types. Thus, Pin1 can modulate autophagy and cancer cell survival via regulation of FoxO3a activity..In this project, we will further validate the roles of Pin1 in autophagic flux, explore the molecular mechanisms of Pin1 in the modulation of the AKT/ERK/p38MAPK-mediated phosphorylation of FoxO3a and its function in autophagy, analyze the effects of Pin1-FoxO3a on the growth of xenograft tumor, further investigate the relationship between Pin1-FoxO3a pathway and tumor pathological process. The results will establish a new mechanism by which Pin1 regulates FoxO3a phosphphorylation to participate into autophagic process. This will help to develop new strategies for cancer therapy.

蛋白异构酶Pin1是蛋白磷酸化调控的重要因子，其高表达与多种肿瘤的病理进程相关。自噬是细胞内大分子物质的溶酶体降解途径，对维持代谢平衡等生物学过程具有重要作用。我们的前期实验表明，Pin1可参与调控本底水平和饥饿诱导的细胞自噬，影响肿瘤细胞的存活。Pin1可直接结合FoxO3a并调节其磷酸化水平。TCGA数据分析显示，多种肿瘤中Pin1与自噬标记LC3的表达呈正相关，与FoxO3a的磷酸化呈负相关。因此，Pin1可通过调控FoxO3a的活性影响自噬和细胞存活。本项目将进一步解析Pin1对细胞自噬动态过程的影响；探索Pin1调控FoxO3a磷酸化的分子机制及其与AKT/ERK/p38MAPK途径的关系，验证其在细胞自噬中的作用；研究Pin1-FoxO3a对移植瘤生长的影响并检测其与肿瘤进程的相关性。研究结果将首次确定Pin1调控FoxO3a磷酸化的分子机制，揭示其对自噬和肿瘤细胞存活的影响。

蛋白异构酶Pin1是蛋白磷酸化调控的重要因子，其高表达与多种肿瘤的病理进程相关。自噬是细胞内大分子物质的溶酶体降解途径，对维持细胞内稳态和应激反应具有重要作用。我们的前期实验初步表明，Pin1有可能通过调控FoxO3a的活性来影响自噬和细胞存活。.本项目通过时间梯度实验和流式细胞仪检测，证明Pin1可调控细胞自噬的进程，其作用方式主要是促进自噬体形成。免疫共沉淀实验表明，Pin1可直接结合FoxO3a，其结合依赖于Pin1第34位的色氨酸以及FoxO3a第284位的丝氨酸，并受AKT激酶活性的影响。在EBSS饥饿诱导的自噬过程中，Pin1可调控AKT对FoxO3a T32位的磷酸化,使其保持低磷酸化状态并滞留核内,发挥转录调控作用。在敲低Pin1的U2OS和PANC-1细胞中，RNAseq实验筛选到30个参与细胞自噬进程的调控因子，包括已报道的FoxO3a的下游基因，如LC3、PINK1、BNIP3和SESN3等。由此推测,Pin1-FoxO3a信号有可能通过调控这些自噬相关基因的转录来影响自噬进程。克隆形成、细胞活力检测以及移植瘤实验表明,Pin1-FoxO3a信号可以通过调控自噬来影响肿瘤细胞的存活和增殖。组织切片的免疫染色结果显示，胰腺癌病理样本中，Pin1的蛋白水平与FoxO3a的核质比呈显著正相关,并与LC3的蛋白量呈显著的正相关。分析TCGA胰腺癌数据发现，S318/S321位磷酸化FoxO3a的蛋白量与Pin1的RNA水平呈显著的负相关。.总结起来，Pin1-FoxO3a通路的作用模式为：Pin1通过结合FoxO3a 第284-285位的SP基序，抑制AKT对其的磷酸化,促进其入核并调控自噬相关基因的转录，增强EBSS饥饿诱导的细胞自噬，进而促进肿瘤细胞的存活和增殖。当Pin1活性被抑制后，AKT可磷酸化FoxO3a使其失活,从而抑制自噬，诱导肿瘤细胞的死亡。.在此基础上，本项目还发现，Pin1抑制剂全反式维甲酸（All Trans-Retinoic Acid，ATRA）可通过抑制自噬来增强肿瘤细胞对蛋白酶体抑制剂硼替佐米（Bortezomib，BTZ）的敏感性，蛋白酶体途径和自噬途径的双抑制有利于诱导肿瘤细胞的凋亡。因此，ATRA与BTZ的联合用药有望成为临床肿瘤治疗的一种新策略。