USP3调控MDM2促进肝癌细胞增殖的机制研究

As a common malignant tumor, Hepatocellular Carcinoma (HCC) causes serious damages to human health. Deubiquitinases play a vital role in cancer onset and progression via regulating their target proteins, so it is of great importance in clinical to confirm the key deubiquitinases involved in the development of HCC. In our previous investigation on clinical specimens, USP3 was found to be significantly upregulated in HCC tissues and cell lines, and the upregulation of USP3 could remarkably shorten the disease-free survival of HCC patients after therapy, which suggesting that USP3 may play a vital role in the onset and progression of HCC. Studies in vitro found that HCC proliferation and MDM2 protein level were both significantly decreased by USP3 knockdown; and overexpression USP3 could remarkably facilitate the proliferation of HCC, which was blocked by MDM2 specific inhibitor, which indicated that MDM2 was the key target protein of USP3. Studies in the HCC xenograft tumor nude mice model further confirmed the promotion of USP3 in the onset and progression of HCC. Based on the preliminary work, this project concentrates on the correlation between USP3 and the malignant degree of HCC, and the mechanism of USP3 in the regulation of MDM2, so that to confirm its pivotal function on HCC onset and progression, and application values as drug target for HCC.

肝癌是临床常见的恶性肿瘤，严重危害人类健康，去泛素化酶通过调控靶蛋白在肿瘤的发生发展中发挥重要作用，因此明确其中的关键去泛素化酶具有重要的临床价值。项目组前期研究发现，去泛素化酶USP3在临床肝癌样本和肝癌细胞株中均显著高表达，并且USP3高表达显著缩短肝癌病人治疗后的无病生存期，提示USP3可能在肝癌的发生发展中具有重要临床意义。分子细胞学实验发现，敲低USP3显著抑制肝癌细胞增殖，同时引起MDM2蛋白水平的下调；过表达USP3显著促进肝癌细胞增殖，而MDM2特异性抑制剂则会阻断USP3的上调功能，提示MDM2可能是USP3的关键靶蛋白。裸鼠肝癌移植瘤模型中进一步明确了USP3对于肝癌发生发展的促进作用。为此本项目组拟在前期工作基础上，深入探讨USP3与肝癌恶性程度的关系及其调控MDM2促进肝癌细胞增殖的具体机制，明确USP3在肝癌发生发展中的关键作用及其作为肝癌药物靶标的潜在应用价值。

原发性肝癌（以下简称肝癌）是全球常见肿瘤之一，是严重威胁人类健康的重大疾病。中国是全球肝癌发病率最高和病死数量最多的国家，并且发病率和死亡率逐年增高。目前，手术包括肝脏移植术依然是唯一的根治方式，大多数患者预后很差， 5年生存率只有17%-53%，导致这种境况的部分原因是肝癌对单药或联合化疗抗性显著，因此，探索肝癌发生发展中的关键分子可为肝癌的综合治疗提供新的靶点，具有重要的理论意义和应用价值。去泛素化酶与肿瘤发生发展的相关性是当前研究的一个热点问题，我们的研究首次发现去泛素化酶USP3与肝癌密切相关。USP3在肝癌组织中的表达显著高于癌旁组织，同时在肝癌细胞株中的表达也显著高于正常肝细胞。肝癌细胞株中敲低USP3显著抑制细胞增殖，而过表达USP3则显著促进细胞增殖，过表达USP3的两种失活突变体USP3 H56A和USP3 C168S则失去促进细胞增殖的能力，表明USP3直接参与肝癌的发生发展，且依赖于其去泛素化酶活性。进一步研究发现，USP3在肝癌细胞中直接靶向结合MDM2，去除MDM2蛋白分子上k48连接的泛素分子，从而稳定MDM2蛋白，发挥促进肝癌细胞增殖的作用。MicroRNA在肿瘤的发生发展中也发挥着重要作用，我们通过TargetScan预测USP3可能是miR-26a的靶基因，并通过双荧光素酶报告基因实验和RT-qPCR证实这一调控关系。MiR-26a与USP3在肝癌和癌旁组织中的表达模式恰恰相反，miR-26a在肝癌组织和肝癌细胞株中的表达显著低于癌旁组织和正常肝细胞。肝癌细胞中过表达miR-26a可显著抑制细胞增殖，这种现象可由过表达USP3所挽救。最后，我们在裸鼠肝癌移植模型中证实了miR-26a对肝癌发生发展的抑制作用。由此，我们通过一系列体内外实验证实miR-26a通过调控USP3-MDM2轴影响肝癌发生发展的现象及具体分子机制，明确USP3作为肝癌药物靶标的潜在应用价值，为后续转化医学研究奠定基础。