原癌蛋白SET在雌激素诱导的基因转录激活中的功能及作用机制

Estrogen receptor-positive (ER-positive) breast cancer is the most common type of breast cancer diagnosed today. ER-positive breast cancer cells grow in the presence of estrogen. Estrogen-activated estrogen receptor induces expression of genes which are essential for cancer cell growth. Previous studies found that the process of estrogen-induced transcriptional activation is quite complicated and its regulatory mechanism remains elusive. A number of co-regulators and DNA repair machinery are involved. In our previous study, we found oncoprotein SET dynamically associated with ER and histone variant H2A.Z and their genome-wide DNA binding sites overlapped. SET deficiency impaired estrogen-induced gene expression and also caused increasing DNA damage indicating that SET participated in both estrogen-induced gene expression and DNA damage and repair (DDR). Based on these finding, our study will focus on its histone chaperon function and investigate molecular mechanism of SET interacting with histone variants and histone modifiers which are important for estrogen response. At the same time, we will identify and functionally analyze specific genes regulated by SET or SET partners which are involved in DDR. The aim of this project is to promote our understanding of functional role and mechanism of SET in estrogen-induced transcriptional activation and provide strong scientific support for development of new strategy and drug for breast cancer therapy.

雌激素受体阳性乳腺癌高居乳腺癌发病率之首，这类癌细胞的生长依赖于雌激素。雌激素通过雌激素受体启动大量癌细胞生长所需的基因的表达。研究表明雌激素受体介导的基因转录激活过程相当复杂涉及大量调控因子和DNA损伤修复，其机制尚不完全清楚。我们发现原癌蛋白SET与雌激素受体、组蛋白异构体H2A.Z动态地结合，并且三者在全基因组DNA上的结合位点高度重合。SET功能缺失不仅损害雌激素诱导的基因转录，而且导致DNA损伤明显增加。这些都表明SET同时参与雌激素诱导的基因表达和DNA损伤修复。在此基础上，本项目研究主要从SET组蛋白分子伴侣功能入手，揭示其与特异性组蛋白异构体和组蛋白修饰蛋白相互作用机制；鉴定和评估SET调控的参与DNA损伤修复的基因或共同作用分子及其功能，从而阐明SET在雌激素受体介导的基因转录激活过程中的作用机制，为探索新的乳腺癌的治疗方案和药物开发提供理论支持。

除了遗传因素，长期暴露于高水平雌激素是雌激素受体α阳性（ERα+）乳腺癌发生的重要原因。雌激素通过ERα启动癌细胞生长所需基因的表达，同时诱导ROS和基因组DNA损伤。原癌蛋白SET在ERα+乳腺癌细胞中过表达，本项目聚焦SET在雌激素诱导的转录激活以及DNA损伤修复中的作用机制。研究发现SET通过招募ERα、组蛋白修饰蛋白结合并活化增强子处的染色质。同时SET帮助组蛋白H2A.Z掺入启动子处核小体并增强启动子和增强子的远程相互作用，促进转录激活。我们探究了雌激素诱导产生的DNA氧化性损伤的动态过程及产生机制，发现雌激素诱导内质网钙离子释放和ERα介导的基因表达是细胞内ROS产生的主要原因且DNA氧化性损伤对ERα介导的基因转录激活是不必要的。细胞应对外界刺激会产生不同的应激反应，帮助细胞度过难关或引发细胞凋亡。我们阐明了SET参与并通过抑制p38信号途径和应激颗粒的形成调控细胞应激反应的作用机制。这些发现不仅增进了对ERα+乳腺癌发生机制的了解，也为探索新的治疗方案和药物开发提供理论支持。我们同时对SET蛋白和DNA损伤修复相关领域进行了深入研究。增加肿瘤细胞内DNA损伤程度导致其凋亡是治疗肿瘤的有效策略之一。我们利用藻蓝蛋白包裹黑磷纳米颗粒，联合光动力和光热治疗，在肿瘤细胞内产生大量ROS和DNA损伤，有效地清除了肿瘤。SET通过抑制NM23-H1蛋白的抗肿瘤转移活性而促进肿瘤转移。我们揭示了乳腺癌细胞中NM23-H1的蛋白降解机制，为靶向该蛋白的药物开发提供了理论依据。我们首次证明了颗粒酶A不仅在肿瘤细胞中微量表达而且通过切割底物蛋白SET等调控着肿瘤细胞的转移特性，从而揭示了肿瘤转移的新机制。最后，我们发现SET/PP2A信号轴通过调节p38和ERK信号途径促进巨噬细胞向肿瘤低氧区的趋化能力，进而调控其肿瘤免疫功能，为发掘以巨噬细胞为靶点的肿瘤免疫治疗奠定基础。