甲基化转移酶SMYD4在肝癌肿瘤干细胞自我更新中作用机制研究

Cancer metastasis and relapse are the main obstacles to cure tumors including Hepatocellular carcinoma (HCC). Cancer stem cells (CSCs) play pivotal roles in cancer metastasis and relapse. Due to the heterogeneous of CSC, the therapy used in clinic cannot eliminate CSCs effectively. It is indeed necessary to find new therapeutic method targeting CSCs specifically. Self-renew, the core property possessed by all CSCs, makes it to be the ideal therapeutic target. Nanog, one of the core transcriptional factors in stem cells, controls self-renew of CSCs. It is possible to find the new therapeutic method based on elucidating the mechanism of Nanog expression in CSCs. We previously find that SMYD4, a potential methyltransferase, binds to Nanog promoter and promotes Nanog expression in HCC cells. Based on these findings, we want to use tumor cell lines and mice models to investigate 1) whether and how SMYD4 regulates Nanog expression in HCC CSCs; 2) the mechanism underlying the nucleic translocation of SMYD4; 3) the role of SMYD4 in HCC CSCs self-renew; 4) whether SMYD4 can be used as therapeutic target in HCC. The elucidation of the mechanism underlying the role of SMYD4/Nanog pathway in HCC CSCs self-renew will make it helpful in finding new therapeutic methods specifically targeting CSCs.

肿瘤干细胞是肿瘤复发和转移的主要原因，其功能和表型的异质性导致目前的治疗策略无法达到治愈肿瘤的目的。肿瘤干细胞的核心特性—自我更新可作为清除肿瘤干细胞的有效潜在靶点。Nanog在干细胞自我更新中发挥核心调控作用,揭示其在肿瘤干细胞中表达机制有望为靶向干细胞提供新的切入点。本课题组前期发现肝癌细胞中甲基转移酶SMYD4结合到Nanog启动子区域促进Nanog表达。本研究在此基础上，以肝癌细胞/模型小鼠为体外/内模型，采用功能获得/缺失、Co-IP等技术探讨：1）SMYD4对Nanog调控作用及分子机制；2）SMYD4核定位分子机制；3）SMYD4维持肿瘤干细胞自我更新作用；4）SMYD4作为肿瘤干细胞靶点可能性。通过揭示肝癌干细胞中SMYD4调控Nanog表达的分子机制，阐明SMYD4/Nanog在肿瘤干细胞自我更新中作用及机制，为以Nanog为切入点靶向肿瘤干细胞提供实验依据。

肿瘤干细胞是肿瘤发生、复发和耐药的主要诱导因素之一。靶向肿瘤干细胞治疗被认为是较为有前景的肿瘤治疗策略。目前研究发现肿瘤干细胞存在较强的异质性，比如表面标记分子差异、生物学特性包括转移特性、抗药特性等差异。肿瘤干细胞异质性导致难以确定靶向分子以确立有效的靶向方法，是肿瘤干细胞靶向治疗的难题。揭示肿瘤干细胞异质性的原因有利于寻找肿瘤干细胞靶向治疗策略。干性因子Nanog在肿瘤干细胞异质性群体中普遍表达，是异质性肿瘤干细胞的普遍核心特性之一。本研究以Nanog的表达调控机制为切入点，探讨SMYD4调控Nanog表达的分子机制，阐明SMYD4/Nanog在肿瘤干细胞自我更新中作用及机制，为靶向肿瘤干细胞治疗提供实验依据。.本项目研究验证了SMYD4激活肿瘤细胞中Nanog表达进而诱导肿瘤细胞表现肿瘤干细胞特性的功能。发现SMYD4激活Nanog表达依赖于Nanog 基因启动子区域的DNA甲基化修饰状态，SMYD4结合到Nanog 基因启动子区域的非甲基化CG位点激活其表达。另外，发现miR-135a通过靶向调控DNMT1的表达使Nanog 启动子区域的特定CG位点处于非甲基化状态，进而能够结合SMYD4。本项目研究利用肿瘤细胞模型和小鼠皮下肿瘤模型，阐明了SMYD4/ miR-135a及DNA甲基化修饰激活非肿瘤干细胞中Nanog表达、诱导肿瘤干细胞特性的分子机制，揭示了非肿瘤细胞转化为肿瘤干细胞的可能原因，为肿瘤干细胞靶向治疗提供了实验依据。