鉴定大肠癌中非依赖于mTOR的4E-BP1蛋白激酶的实验研究

4E-BP1 is a major mTORC1 substrate that plays a pivotal role in mTORC1 signaling to control translation and cell proliferation. We reported previously that mTOR is not the only kinase for 4E-BP1 phosphorylation, and an mTOR-independent 4E-BP1 phosphorylation is strongly correlated with colorectal cancer (CRC) resistance to mTKIs (ATP competitive mTOR kinase inhibitor). Here we proposed that there is specific mTOR independent 4E-BP1 kinase (TIEK) in human CRC, which is responsible for mTOR independent 4E-BP1 phosphorylation, and contributes to resistance to mTKIs. This proposal aimed at identification of the alternative kinase responsible for mTOR independent 4E-BP1 phosphorylation, elucidating the TIEK/4E-BP1 signal transduction pathway, and answering whether TIEK inhibition could overcome resistance to mTKIs. This project may provide fundamental evidence to clarify the mechanism for mTOR independent 4E-BP1 phosphorylation. The results of this study will contribute to translate laboratory discoveries into important new clinical tools and applications that will improve the target therapy of CRC.

4E-BP1被认为是mTOR激酶的经典底物。但我们的先期研究发现，在人大肠癌，mTOR可能并非4E-BP1的唯一激酶；非依赖于mTOR的4E-BP1磷酸化可能介导大肠癌对mTOR激酶抑制剂（mTKIs）耐药。由此，我们提出理论假设：在mTKIs耐药大肠癌存在特异的非依赖于mTOR的4E-BP1蛋白激酶（mTOR Independent 4E-BP1 Kinase, TIEK）；TIEK所介导的4E-BP1磷酸化赋予细胞对mTKIs的耐药性；抑制TIEK，可逆转大肠癌对mTKIs的耐药。本项目将在以往的工作基础上进一步鉴定除mTOR以外的4E-BP1蛋白激酶，揭示TIEK的真实身份，明确TIEK磷酸化4E-BP1的信号路径，探讨通过干预TIEK逆转大肠癌对mTKIs耐药的可行性。其实施将有助于阐释4E-BP1蛋白磷酸化的调节机制，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重要意义。

4E-BP1被认为是mTOR激酶的经典底物。我们的先期研究结果表明，4E-BP1磷酸化促进大肠癌的发生发展，并与临床预后相关。同时，我们也意外地发现，在人大肠癌，mTOR并非4E-BP1的唯一激酶；非依赖于mTOR的4E-BP1磷酸化可能介导了大肠癌对mTOR激酶抑制剂（ATP competitive mTOR kinase inhibitors, mTKIs）耐药。由此，我们猜测，在mTKIs耐药大肠癌存在特异的非依赖于mTOR的4E-BP1蛋白激酶（mTOR Independent 4E-BP1 Kinase, TIEK）；该激酶所介导的4E-BP1磷酸化赋予大肠癌细胞对mTKIs的耐药性；抑制该蛋白激酶，可逆转大肠癌对mTKIs的耐药。在本研究工作中，我们应用细胞生物学、分子生物学、人大肠癌PDX动物模型等研究手段，进一步鉴定了TIEK，揭示了TIEK的真实身份，并明确了TIEK磷酸化4E-BP1的信号途径，以及通过干预TIEK逆转大肠癌对mTKIs耐药的可能性。本项目的实施有助于阐释4E-BP1蛋白磷酸化的调节机制，使我们率先发现除mTOR以外的其他可磷酸化4E-BP1的蛋白激酶，这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。由于mTKIs目前被作为潜在的抗肿瘤药物广为研究，多个mTKIs已进入Ⅰ期、Ⅱ期临床试验，被认为极具临床应用前景，因此，本研究的实施将可能影响未来以mTOR为靶点的抗肿瘤治疗的临床实践。项目实施过程中，发表标注受本项目资助的研究论文8篇，申请发明专利3项，出国交流1次，后续研究工作获得2021年国家自然科学基金面上项目的资助。