组蛋白去乙酰化酶SIRT7促进甲状腺癌发生发展的机制研究

Histone acetylation is a major form of epigenetic modification catalyzed by histone acetyl transferase (HATs) and deacetylase. Sirtuin family is a type of enzymes with nicotinamide adenine dinucleotide (NAD)-dependent protein lysine deacylase function, which comprises seven members in humans (SIRT1-7) and plays a critical role in tumorigenesis. The previous study has demonstrated that SIRT7 can cause a decreased expression of a panel of tumor suppressor genes, contributing to tumorigenesis through deacetylating H3K18Ac and promoting transcriptional repression. However, its role and mechanism in human cancers particularly in thyroid cancer remain largely unclear. Our preliminary data showed that SIRT7 expression was significantly down-regulated in thyroid cancer tissues as compared with matched non-cancerous thyroid tissues. Knockdown of SIRT7 in thyroid cancer cells dramatically inhibited cell proliferation, colony formation, migration and invasion, induced cell cycle arrest and apoptosis. On the other hand, ectopic SIRT7 expression promoted thyroid cancer cell growth and invasiveness. Importantly, we found that SIRT7 promoted thyroid tumorigenesis through activating the PI3K/Akt/mTOR/S6K1 cascade. Thus, the aims of this project are to further explore biological roles and molecular mechanisms of SIRT7 in thyroid tumorigenesis at epigenetic regulation and protein-protein interaction levels, and identify its downstream target genes using ChIP-Seq and RNA-Seq approaches.

组蛋白乙酰化是表观遗传学的主要作用方式之一，在多种恶性肿瘤中均存在异常，包括甲状腺癌。Sirtuin家族是一类NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）依赖的组蛋白去乙酰化酶，包括七个成员（SIRT1-7）。尽管有研究显示SIRT7可通过引起H3K18去乙酰化，导致多个抑癌基因的转录失活，但其在恶性肿瘤发生中的作用机制特别是甲状腺癌尚不明确。我们的前期结果显示SIRT7在甲状腺癌中的表达明显高于癌旁组织，且敲减其表达能显著抑制肿瘤细胞的增殖、克隆形成、迁移和侵袭能力并诱导肿瘤细胞发生周期阻滞及凋亡；相反，过表达SIRT7则促进肿瘤细胞的增殖和侵袭能力。此外，我们还发现SIRT7可以调控PI3K/Akt/mTOR/S6K1信号通路的活性。基于此，本项目拟从表观遗传学调控及蛋白质之间相互作用两方面阐明SIRT7在甲状腺癌发生及发展中的具体分子机制，绘制其基因调控网络，为甲状腺癌的治疗提供新的靶点和思路。

甲状腺癌是内分泌系统最常见的恶性肿瘤，近年来甲状腺癌在全世界范围内的患病率逐年升高。大量研究证明PI3K/Akt/mTOR信号通路的过度激活在甲状腺癌的发病机制中至关重要。作为这条通路上重要的效应分子，过度激活的Akt及p70S6K1能够促进细胞转化，并通过多种不同机制促进肿瘤的恶性进展，包括甲状腺癌。表观遗传学在甲状腺癌的发生及发展中同样发挥重要的作用。Sirtuin家族是高度保守的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）依赖的组蛋白去乙酰化酶，可引起组蛋白或非组蛋白底物发生去乙酰化反应，参与基因表达调控。SIRT7是该家族中研究最少的成员，近年研究发现SIRT7在多种恶性肿瘤中表达增高，并可通过对靶基因启动子区组蛋白H3K18进行去乙酰化，调控肿瘤相关基因的转录。然而，SIRT7在甲状腺癌中的生物学功能及其分子机制迄今为止尚不明确。前期的研究发现SIRT7在乳头状甲状腺癌及甲状腺癌细胞系中高表达，敲减SIRT7可显著抑制甲状腺癌细胞的增殖、克隆形成、侵袭、迁移能力，诱导细胞周期阻滞。相反，过表达SIRT7可显著促进甲状腺癌细胞的增殖、侵袭、迁移以及裸鼠成瘤能力。更进一步的研究发现SIRT7通过调控p70S6K1和Akt磷酸化发挥促癌作用。我们通过CH-IP方法在甲状腺细胞中证实SIRT7富集在SIRT1的内源性抑制剂，即DBC1的启动子区。通过影响DBC1启动子区H3K18乙酰化水平来抑制其转录，导致SIRT1与p70S6K1和Akt相互作用增强，从而促进SIRT1对p70S6K1和Akt去乙酰化及磷酸化调控。不仅如此，我们还证实了DBC1是SIRT7的下游靶基因并首次提出SIRT7通过DBC1/SIRT1 轴调控p70S6K1和Akt磷酸化激活促进甲状腺癌进展的机制。本研究阐述了了SIRT7在肿瘤中的分子机制，并且对甲状腺癌的治疗提供了潜在的分子靶点。