CCDC152基因调节肿瘤细胞Warburg效应的CeRNA网络

Warburg effect (aerobic glycolysis) is an important hallmark of tumor cell metabolism. Our preliminary results showed that CCDC152, a gene of unknown function, could promote the Warburg effect in tumor cells. Mechanistically, the 3'-UTR of CCDC152 gene could not only assemble as a tail-to-tail natural antisense transcript to that of Selenoprotein-p gene, to interfere with its translation and result in the activation of AMPK, but also regulate the expression of miRNAs that involved in the Warburg effect. A recent hypothesis suggests that a reversed RNA/microRNA function exists, whereby RNAs actively regulate each other through direct competition for microRNA binding. These competing endogenous RNAs (CeRNAs) can regulate miRNAs and their targets at posttranscriptional level. Therefore, we suggest that CCDC152 may act as a CeRNA in tumor cells to affect the Warburg effect by regulating related miRNAs and their targets. In this proposal, we are going to use RNA immunoprecipitation (RIP) and luciferase reporter gene based strategy to study the miRNAs that bind with 3'-UTR of CCDC152 and verify their targeted genes, employ RNAi and over-expression methods to study the regulatory effect of CCDC152 3'-UTR on these genes; analyze the regulatory effect of the targeted genes on the Warburg effect. Success of this study may not only lay a foundation for elucidation of CCDC152 CeRNA networks in the regulation of the Warburg effect, but also provide new targets for the development of anti-cancer drugs.

Warburg效应是肿瘤细胞代谢的重要特征。我们发现功能未知的CCDC152能增强肿瘤细胞的Warburg效应：该基因3'-UTR以天然反义转录的方式抑制硒蛋白P的翻译进而激活AMPK，同时调节与Warburg效应相关的miRNAs。竞争性内源RNA(CeRNA)学说认为，一些基因的3'-UTR能竞争性结合miRNAs从而调节miRNAs靶基因的表达。因此，我们提出了CCDC152调节Warburg效应的CeRNA网络假说。本课题拟采用RNA免疫沉淀技术明确CCDC152 3'-UTR结合的miRNAs；分析miRNAs的靶基因并用萤光素酶报告基因法验证；用过表达和干涉的方法研究CCDC152 3'-UTR对靶基因的调控以及靶基因在Warburg效应中的作用。CCDC152调节Warburg效应的CeRNA 网络的阐明，将为肿瘤细胞代谢的调控研究提出新的思路，为抗肿瘤药物研发提供新的靶点。

CCDC152基因在哺乳动物中高度保守，但其功能未知。本项目首先完成了项目的研究计划，证明了CCDC152基因的 3’UTR 能够与 PKM2基因竞争结合miR-122,增加 PKM2基因的表达。 因为 PKM2是调节Warburg效应的重要分子，因此 CCDC152调节Warburg 效应的ceRNA 网络的基础是 miR-122 和CCDC152及 PKM2之间的相互作用。. 为了进一步研究CCDC152的蛋白功能，我们首先进行了转录组测序研究。过表达CCDC152的HEK293细胞表达差异基因主要属于G-蛋白偶联受体(GPCR)及其下游信号系统 Hippo/Yap等；完成了CCDC152在神经细胞、外周血细胞、胰腺细胞等在不同的GPCR激动剂激活GPCR信号转导中的作用，证明CCDC152 是GPCR及其下游Hippo/YAP等信号系统偶联的负调控因子； 经过蛋白质相互作用预测及Co-IP实验证明，CCDC152能够和RhoA 结合，具有抑制RhoA的RhoGAP样作用。. 由于GPCR信号系统与下游的Hippo/YAP等系统的偶联是通过Rho/ROCK系统实现的，其中，F-actin的动力学起重要作用。我们发现CCDC152在细胞的过表达，抑制了ROCK下游主要靶基因MLC2和Cofilin的磷酸化；Hippo/YAP信号系统的主要靶基因TEAD1,CTGF,CYR61等基因的表达也显著减少；细胞内应激纤维的形成及肌动蛋白的多聚化紊乱；敲除了CCDC152的神经元轴突明显增长、树突生长增加。因此，CCDC152通过抑制Rho/ROCK系统的“开关”Rho调节细胞骨架的动力学。. 细胞核内的RhoA GTPase/ROCK2能够通过磷酸化激活p300蛋白，增加其组蛋白乙酰转移酶(HAT)的作用，从而调节组蛋白的修饰及基因表达。因此，我们研究了过表达CCDC152对组蛋白甲基化和乙酰化的影响。CCDC152通过抑制RhoA“开关”，间接抑制p300蛋白的磷酸化作用并对组蛋白 H3和H4 的甲基化、乙酰化修饰进行调节。后续工作中，我们开展了CCDC152基因敲除鼠的研究工作，正在进行基因表型、组织细胞学以及动物行为学的研究。. 本课题阐明了CCDC152的GPCR及其下游信号转导中的作用，为基于GPCR的创新药物研发提供了新的靶点。