碳酸酐酶4基因甲基化在结直肠癌中的功能机制及临床应用价值研究

Colorectal cancer (CRC) is one of the top cancers and also one of the leading causes of cancer related death worldwide, particularly in China. However, the pathogenesis of CRC is complex and the affiliated molecular mechanism still remains unclear. In the past decade, researchers found that DNA hypermethylation-induced epigenetic silencing of tumor suppressor gene plays a key role in the carcinogenesis of CRC. Using methylated-DNA immunoprecipitation, we identified a novel CRC-associated gene candidate carbonic anhydrase 4 (CA4). This gene was silenced in CRC cell lines, but the mRNA expression was reversible by demethylation treatment. In addition, ectopic expression of CA4 suppressed CRC cell growth. These preliminary results suggested that CA4 is potentially a novel tumor suppressor gene in CRC. Based on these data, we propose to 1) validate the association of CA4 and CRC by in vitro and in vivo experiments; 2) identify the CA4-associated signaling pathway in CRC; and 3) evaluate the level of CA4 inactivation in CRC tissues and the relevance of CA4 methylation with the clinicopathological features of CRC. This project will delineate the tumor suppressor role of CA4 in CRC, ellucidate the underlying molecuar mechanism and determine the clinical value of CA4 as a CRC-specific diagnosis or prognosis biomarker.

结直肠癌的发病率和死亡率在中国乃至全世界都居于恶性肿瘤的前列，但其发生机制尚不清楚。结直肠癌病因复杂，近年来科研工作者逐步认识到DNA超甲基化导致的抑癌基因的失活是结直肠癌发生的重要原因之一。应用甲基化DNA免疫共沉淀技术，我们鉴定到新的结直肠癌相关基因碳酸酐酶4（CA4）。前期研究表明，CA4在结直肠癌细胞中表达沉默，而去甲基化后CA4表达升高。异位表达CA4基因抑制了肿瘤细胞生长。以上结果显示CA4基因是潜在的新的结直肠癌抑制基因。在此基础上，本课题将主要研究3个方面：1）通过细胞和动物实验进一步验证CA4对结直肠癌生长的作用；2）研究CA4在结直肠癌中调控的信号通路；3）探讨CA4在结直肠癌失活的临床意义和CA4甲基化在结直肠癌筛查诊断和预后判断中的应用价值。本项目的开展有望证实CA4在结直肠癌中的抑癌作用，阐明其抑癌机制，并为找到结直肠癌早期诊断和预后判断新的分子标记提供科学依据。

结直肠癌的发病率和死亡率都居恶性肿瘤的前列，而表观遗传变化尤其是DNA甲基化所致肿瘤抑制基因的失活在结直肠癌发生发展过程中起重要的作用。前期我们应用甲基化DNA免疫共沉淀技术，发现了结直肠癌中新的潜在肿瘤抑制基因CA4。通过本项目的一系列研究，我们发现CA4基因在9株结直肠癌细胞和93%的结直肠肿瘤标本中表达下调或沉默，且这种表达下调与CA4的启动子甲基化水平负相关，而去甲基化处理可使CA4恢复表达。此外，在结直肠癌细胞株中转染CA4基因能显著抑制肿瘤细胞生长、转移和侵袭能力，而在正常肠细胞系中敲降CA4的表达促进了细胞的活性。体内实验表明CA4抑制肿瘤细胞在裸鼠中的成瘤能力。机制研究结果显示，CA4依赖与WTAP蛋白相互作用，诱导WTAP蛋白的泛素化降解，进一步激活WT1，抑制Wnt信号通路，从而实现其抑癌作用。同时，我们还探索了CA4作为分子标志物的临床应用潜力，发现了CA4是结直肠癌复发的独立预测因子。本课题的研究意义在于：1）通过体内和体外实验证实了CA4受表观遗传调控，及其对结直肠癌生长的作用；2）阐明了CA4抑制结直肠癌生长的分子机制；3）探讨了CA4沉默的临床意义和CA4甲基化在结直肠癌复发和预后判断中的临床应用价值。