结直肠癌中SHMT2通过UHRF1调控肿瘤发生的生物学功能及机制研究

Metabolic disorder is one of the characteristics of tumors. Our previous studies demonstrated that serine-hydroxymethyltransferase 2 (SHMT2), an enzyme involving in serine-glycine metabolism, is overexpressed in colorectal cancer (CRC) which is signifcantly correlated with shorter patient survival. We discovered the expression of oncogene UHRF1 was regulated by SHMT2 by using RNA-seq screening, but its biological function, molecular mechanism and their correlation in CRC remains unclear. In this study, we aim to investigate the biological function of SHMT2 in CRC by using SHMT2 knockdown/overexpression cell model in vivo and in vitro; to study the regulatory mechanism of SHMT2 on UHRF1 and their functional correlation by detecting its down-stream small-metabolic molecular, epigenetic markers and ChIP-PCR; To elucidate the correlation between SHMT2 and UHRF1 and their correlation with clinicopathological characteristics as well as prognosis in 400 CRC specimens. This study may prove that SHMT2 promotes the tumorigenesis of CRC by regulating the expression of UHRF1 through epigenetic pathway, which provides potential molecular markers and drug targets for the clinical diagnosis and treatment of CRC.

代谢紊乱是肿瘤的重要特征之一。前期研究发现参与丝氨酸-甘氨酸代谢的丝氨酸羟甲基转移酶2（SHMT2）在结直肠癌中高表达与患者较差的预后相关。通过RNA-seq筛选，发现癌基因UHRF1的表达受到SHMT2的调控，但其在结直肠癌中的生物学功能、分子机制以及生物学功能的相关性尚不明确。本课题拟:1.在体内和体外实验中，利用已构建的SHMT2敲低/过表达肠癌细胞，研究SHMT2在结直肠癌中的生物学功能；2.通过检测SHMT2下游代谢小分子、表观遗传学标记位点、ChIP-PCR等，研究SHMT2调控UHRF1表达的分子机制及其功能的相关性；3.在400例结直肠癌样本里，研究SHMT2与UHRF1的相关性及其与临床病理资料和预后的相关性。通过本研究，阐明SHMT2通过影响表观遗传学途径调控UHRF1表达，进而促进结直肠癌肿瘤发生的分子机制，为结直肠癌的临床诊断与治疗提供潜在的分子标记物和药物靶点。

结直肠癌是最常见的恶性肿瘤之一，《2012年中国肿瘤登记年报》显示，我国结直肠癌发病率和死亡率分别升至国内肿瘤的第三位和第五位，发病率为29.44/10万，死亡率为14.23/10万。代谢紊乱是肿瘤的重要标志之一，丝氨酸-甘氨酸、一碳单位以及叶酸代谢是近年来肿瘤代谢研究的热点，丝氨酸羟甲基转移酶（Serine hydroxymethyltransferase, SHMTs）与上述三个代谢密切相关。随着对丝氨酸代谢机制的深入研究，SHMTs等参与该代谢通路的酶和相关基因的表达及功能异常被发现通过调控肿瘤细胞物质及能量代谢，从而参与到肿瘤的发生与发展，并极有可能作为新的肿瘤治疗靶点；研究表明作为SHMTs同工酶之一的SHMT2在实体肿瘤中起到重要的作用，有望成为肿瘤治疗的潜在分子靶点。而SHMT2在结直肠癌发生、发展中的具体作用及分子生物学机制尚不明确，有待进一步深入研究。.本课题将运用结直肠癌细胞系、裸鼠成瘤模型和结直肠癌患者的临床样本，从细胞、分子、动物以及组织四个层面围绕以下目标进行研究:(1)明确SHMT2在结直肠癌临床样本中的异常表达及其临床意义;(2)阐明SHMT2在结直肠癌细胞中的生物学功能;(3)确定SHMT2的下游靶基因，并阐明其分子生物学机制。.为此，本课题首先在结直肠癌临床样本中，证明了SHMT2在结肠癌组织中高表达，在正常组织中低表达，而且高表达的SHMT2与结直肠癌患者较晚的临床分期、更多的淋巴结转移以及更差的临床预后相关。接着，通过构建SHMT2敲低表达结直肠癌细胞系，分体外细胞实验和体内裸鼠实验两个层面证明了SHMT2的不同表达水平可显著影响结直肠癌细胞的细胞周期和增殖能力。最后，通过RNA-seq找到了SHMT2发挥作用的下游靶基因UHRF1，并通过回补实验在体内和体外实验中均证实SHMT2通过UHRF1发挥生物学功能。.本课题的创新点在于：首次提出UHRF1作为SHMT2的靶基因发挥作用，同时证明SHMT2通过调控下游靶基因UHRF1的表达，进而影响结直肠癌的细胞周期和增殖能力，具有理论上的创新；同时本课题从细胞、分子、动物和组织四个方面进行实验验证，探索了SHMT2影响结直肠癌发生、发展的分子生物学机制。