精氨酸甲基转移酶通过调控STAT3活化在胶质母细胞瘤中的作用机制研究

Glioblastoma is the most common and aggressive form of intracranial tumors. Constitutive STAT3 activation is usually found in glioblastoma. We previously found that one of the Protein Arginine Methyltransferases Prmt2 was essential for the in vivo tumorigenesis in the mouse model. Therefore we turned our attention to the effects on human glioblastoma and we noticed that PRMT2 depletion downregulates STAT3 phosphorylation. It was ever reported that PRMT2 directly targets STAT3 for arginine methylation. Therefore we wonder whether PRMT2 activates STAT3 signaling via STAT3 methylation and promotes tumorigenicity of glioblastoma cells. Here we propose a careful examination of the effects of downregulation of PRMT2 protein level and catalytic activity on human glioblastoma cell proliferation, apoptosis, tumorigenicity in vitro and in vivo. Meanwhile we will examine the protein-protein interaction between PRMT2 and STAT3. After figuring out the methylation site(s), we would like to see how the methylation affects STAT3 phosphorylation, its transcriptional activty and its tumorigenic functions. In addition, we will examine the expression levels in different types and grades of clincial gliomas and link it to the phosphorylation level of STAT3 and the patients prognosis. This study will hopefully identify a new target and provide a novel therapeutic strategy for future glioblastoma treatment.

胶质母细胞瘤是最常见的颅内恶性肿瘤，往往伴有持续激活的STAT3。我们前期发现精氨酸甲基转移酶Prmt2敲低的小鼠胶质母细胞瘤细胞成瘤能力显著减弱；在人胶质母细胞瘤细胞中敲低PRMT2导致STAT3失活。此前一项研究发现PRMT2能够催化STAT3精氨酸甲基化，因此我们提出假说：PRMT2催化STAT3甲基化，通过交互作用促进其磷酸化，而参与胶质母细胞瘤发生发展。本项目拟进一步观察PRMT2敲低或者其酶活性缺失对人胶质母细胞瘤细胞增殖、凋亡、克隆形成能力和体内成瘤能力的影响，同时检测PRMT2与STAT3的相互作用，鉴定STAT3精氨酸甲基化位点，明确STAT3甲基化对其磷酸化和转录活性的作用、对其促瘤功能的影响；并结合临床标本分析PRMT2在不同类型不同级别胶质瘤中的表达情况，探讨其与STAT3磷酸化水平的相关性和患者预后、生存期之间的联系，为胶质母细胞瘤的治疗提供新的靶点和理论基础。

胶质母细胞瘤是最常见的颅内原发性恶性肿瘤，经过近几十年的努力，临床治疗诊断和治疗方面取得了一些进步，但是仍然缺乏靶向治疗策略，患者生存期短。表观遗传调控失调是肿瘤发生发展的重要因素，考虑到表观遗传调控的可逆性，寻找促进胶质母细胞瘤进展的关键表观遗传调控因子对提供靶向治疗策略有重要意义。组蛋白修饰是一种精密地调控基因转录的表观遗传调控机制，相对于组蛋白赖氨酸甲基化的深入研究，组蛋白精氨酸甲基化的作用还远不清楚。组蛋白精氨酸甲基化由蛋白精氨酸转移酶家族PRMTs催化完成，有文章报道PRMTs异常表达与多种肿瘤发展相关，但是目前PRMTs在胶质母细胞瘤中的作用及调控机制还缺乏系统探究。.在本项目支持下，我们1）通过临床样本的大数据分析，发现蛋白精氨酸甲基转移酶PRMT2与胶质瘤恶性程度正相关，PRMT2高表达与病人生存期短相关。2）通过基因表达敲降和酶活性位点突变，证实蛋白精氨酸甲基转移酶PRMT2敲低或者失活导致胶质母细胞瘤细胞增殖受阻和肿瘤干细胞自我更新能力显著降低；颅内原位成瘤模型显示PRMT2缺失极大地抑制了肿瘤的生长，荷瘤小鼠生存期显著延长。3）通过RNA-seq分析，证实PRMT2缺失主要导致细胞周期、促癌信号通路等相关基因表达下降。4）更进一步的机制探索揭示PRMT2主要通过介导组蛋白非对称性精氨酸甲基化H3R8me2a参与基因转录激活：H3R8me2a富集于激活的启动子和增强子区，H3R8me2a的下降与相应靶基因的表达水平以及调控区域激活性组蛋白修饰水平的下调显著相关。.本研究首次明确了蛋白精氨酸甲基转移酶PRMT2促癌功能，并揭示了其相应催化的组蛋白H3R8me2a在染色质的分布情况，也是目前为数不多的组蛋白精氨酸甲基化在全基因组分布的数据之一。同时，我们也探索了其它非组蛋白底物及其肿瘤生物学意义。总之，本项目揭示了PRMT2参与胶质母细胞瘤发生发展的表观遗传调控机制，靶向其酶活性有望为将来的抗癌靶向治疗提供新的方案，兼具理论研究意义和潜在应用价值。