组蛋白甲基转移酶G9a影响结直肠癌发生发展分子机制研究

Recently, histone methytransferase G9a has become another hot area of epigenetics research. It always catalyzes mono- and di-methylation of histone H3 Lys9 (H3K9me1/H3K9me2). Growing evidence suggests that G9a is required for the maintenance of the malignant phenotype. However, the tumorigenic role of G9a in colorectal cancer (CRC) is far from clear. Recently, we identified for the first time that G9a was highly expressed in colorectal cancer tumor tissues, and over-expression of G9a stimulated CRC cells proliferation both in vitro and in vivo. Moreover, G9a knockdown, and G9a specific inhibitors inhibit CRC cells proliferation. Therefore, in this study, we would like to explore the exactly mechanisms of G9a on promoting CRC progress. We already found that the polo-like kinase (Plk1), a crucial driver of CRC proliferation, can be downregulated by knockdown of G9a. In this study, we want to know how G9a leads to increased expression of Plk1 and promote CRC proliferation. All the results obtained in this study will strengthen our current knowledge of G9a, and indicate that G9a inhibition may be a promising therapeutic target in the treatment of CRC.

G9a是近年研究活跃的一个组蛋白甲基转移酶，主要催化H3K9甲基化维持基因沉默及DNA甲基化。已有研究证实G9a在多种肿瘤中过表达，敲除G9a可抑制细胞增殖，但机制不明，且未见其在结直肠癌（Colorectal Cancer，CRC）中的相关报道。我们首次证实G9a在CRC病人的肿瘤组织中显著高表达，且高表达G9a明显促进CRC体内外生长，而干扰G9a或使用抑制剂则显著抑制生长，提示G9a有望成为CRC治疗的新手段。深入研究发现G9a可能通过调控Polo-like kinase（Plk），这一参与有丝分裂调节、促进增殖的丝/苏氨酸蛋白激酶影响CRC发展。本课题以Plk为切入点，希望阐明G9a调控Plk进而影响CRC发生发展的具体分子机制，从而丰富对G9a功能和机制的认识，也进一步确定G9a是否可成为CRC治疗的新靶点，为这一发病率世界第三、死亡率第四的恶性肿瘤寻求新的治疗可能。

组蛋白甲基转移酶异常表达会导致组蛋白甲基化模式失衡并广泛促进人类癌症的发生发展。自2000年第一个组蛋白赖氨酸甲基转移酶Suv39h1被发现后，至今已有50多个赖氨酸甲基转移酶被确证，其中G9a（也被称作KMT1C或者EHMT2）是第二个被报道的组蛋白甲基转移酶。研究发现，在人类多种器官来源的肿瘤细胞中均有G9a表达的上调，而相应抑制G9a则可抑制肿瘤的生长和转移，由此G9a抑制剂的研发引起了人们的关注。但目前关于G9a在肿瘤生长与转移中的作用具体机制远未得以阐明，阻碍了该类抑制剂的开发。我们前期的研究结果表明G9a在临床结直肠肿瘤组织中显著高表达，干扰或抑制G9a能诱导DNA双链断裂的发生，并伴随细胞衰老的发生，显著抑制结直肠癌细胞体内外生长，且该类抑制剂与临床结直肠癌的一线化疗药物伊立替康具有协同抗肿瘤作用。本研究中，我们利用结直肠癌病人的组织样本芯片发现G9a的高表达与Plk1的高表达密切相关。进一步研究结果表明G9a通过甲基化p53 L373位点，激活Plk1的转录，进而促进结直肠癌细胞的体内外生长。该结果提示G9a抑制剂可能可以作为p53野生型结直肠癌治疗的新靶点。该机制还提示我们联合应用Plk1和G9a抑制剂在延缓结直肠癌发展中可能会有极佳作用。为此我们选用了G9a的选择性抑制剂UNC0638及BIX01294与Plk1抑制剂BI2536合用，观察两者的协同作用。结果表明，在HCT116细胞及HCT116 p53+/+细胞中，BI536与G9a抑制剂的协同指数显著低于0.8，表明两者具有协同抑制细胞增殖的能力，而在HCT116 p53-/-细胞中协同能力则显著减弱。此外，在G9a干扰株中，Plk1抑制剂BI2536诱导凋亡的能力也有所增加。这些数据提示这两类抑制剂合用在结直肠癌治疗中的潜力，有待进一步临床试验的证实。