MDM4-TOP2A交互作用诱导乳腺癌染色体不稳定性的机制研究及靶向干预策略

MDM4 was initially described as an MDM2 homolog inhibiting p53. Recent studies determine that MDM4 is associated with chromosome instability (CIN) in cancer cells. However, the mechanism remains unclear. Our preliminary results suggest that the disordered central region (DCR) of MDM4 can bind to the C-terminal region (CTR) of topoisomerase IIα (TOP2A) in breast cancer cells, leading to increased expression of both proteins, enhanced inhibition of p53, and increased chromosome instability. TOP2A is a critical protein in the maintenance of chromosome instability. Based on these preliminary findings, we propose a model for the interaction between MDM4 and TOP2A. We speculate that MDM4 promotes chromosome instability through overexpression of TOP2A, while TOP2A-MDM4 interaction may enable MDM4 for p53 binding by suppressing the auto-inhibitory feature of the MDM4 DCR, leading to suppression of p53 activity. In this grant, we propose to elucidate how the two important proteins are mutually regulated and to identify small molecule inhibitors that disrupt the MDM4-TOP2A interaction. Results from this grant may provide important clues to help us develop innovative strategies and novel drugs for cancer treatment.

p53上游调控因子MDM4由于缺乏泛素酶活性，一直被认为是降级版的MDM2，新近发现其与癌细胞染色体不稳定性（CIN）关系密切，但作用机制不明。前期实验发现乳腺癌细胞中MDM4与拓扑异构酶IIα（TOP2A）可结合互作，结合区间位于MDM4无序中心区域和TOP2A C-末端区域内，互作可导致两蛋白表达升高、p53失活加快及癌细胞CIN发生频率增加，而TOP2A正是维持细胞染色体稳定性的关键蛋白。基于此我们提出MDM4和TOP2A互作模型，推测MDM4通过稳定TOP2A蛋白水平促进CIN发生，且TOP2A-MDM4复合体减弱MDM4自我抑制，强化其与p53结合。本项目将分析描绘两蛋白互作的精确模型，进行离体和在体实验验证该通路传导机制，并开发干预该互作位点的新型抑制剂，为解决MDM4专一性抑制剂研发进展缓慢以及靶向TOP2A的蒽环类化疗药物毒性过大和耐药等痛点提供新的理论依据和实践方案。

由于TOP2A和MDM4在癌症发生发展过程中的显著地位，以及同时和癌细胞CIN发生关联，因此本项目致力于分析两蛋白互作模式，进行离体和在体实验验证该通路传导机制，并开发干预该互作位点的新型抑制剂，为解决靶向TOP2A的蒽环类化疗药物毒性过大和耐药等痛点提供新的理论依据和实践方案。项目实施以来，我们初步描述了两个蛋白之间互作的结构模式，取得了预期的实验结果，并在实验进行中发现了MDM4-TOP2A信号通路中的一个新型调节蛋白FKBP12，在乳腺癌阿霉素耐药中发挥重要作用，因此我们研究了FKBP12与MDM2等核心蛋白在乳腺癌组织中的表达情况以及与化疗耐药和患者预后之间的关系；另外在MDM4和TOP2A两蛋白互作研究中发现FBXW7与TOP2A之间关系密切，并在TOP2A介导的阿霉素耐药中发挥重要作用，我们找到了该信号传导通路上的关键节点，论证了miR-188-5p/FBXW7/c-Myc子途径是发挥该作用的核心链路，并且该通路可被和厚朴酚阻断，而和厚朴酚是本实验筛选到的第一个有潜在价值的先导化合物；随后在实验中发现MDM4-TOP2A信号通路调控乳腺癌细胞凋亡过程中，HIF-1α也在其中起关键作用，而且该通路可以被和厚朴酚所阻断；我们通过TR-FRET分析技术进行高通量筛选，除了先期筛选到的和厚朴酚，还发现了本信号通路中的另外一个重要分子S100A6，通过实验确定了S100A6与MDM2之间的相互作用，后续深入研究我们发现S100A6介导的MDM2降解在体内外抑制乳腺癌生长和增强对化疗的敏感性有重要作用，这揭示了一条S100A6下调MDM2使化疗增敏的新途径。