食管癌重要功能蛋白Fascin-K471位点乙酰化与去乙酰化修饰循环失衡的分子机制与临床意义研究

In our previous studies, Fascin was found to be abnormally highly expressed and work as a critical functional protein of esophageal cancer (EC) that mediates cell filopodia formation and prompts cell proliferation, motility and invasion. In recent study, we found that Lysine 471 (K471) of Fascin was acetylated, which inhibited the proliferation, motility and invasion of esophageal carcinoma cells. Compared with paired normal tissues, the acetylation level of Fascin K471 was lower in tumor tissues, leading to a serious unbalance between acetylation and deacetylation of Fascin K471, which strongly associated with EC progression. However, the remaining important question, which acetyltransferase/deacetylase is in charge of keeping balance of Fascin K471 acetylation/deacetylation, is still unknown. Therefore, in this project, we will first systematically identify the acetyltransferase and deacetylase of Fascin K471 in EC, and secondly focus on molecular mechanisms of acetyltransferase/deacetylase action, furthermore, explore its clinical significance, finally test the scientific hypothesis "unbalance of Fascin K471 acetylation/deacetylation promotes initiation and progression of EC”, and ultimately offer theoretical basis to use Fascin as a target for clinical transition in EC therapy.

我们以往的研究证明，Fascin蛋白在食管癌中异常高表达，介导癌细胞丝状伪足形成，在癌细胞分裂增殖与侵袭移动中发挥促癌功能，是食管癌重要功能蛋白。最近我们进一步研究发现，该蛋白K471赖氨酸残基是乙酰化修饰位点，对食管癌细胞分裂增殖与侵袭转移发挥负调控作用；食管癌组织中，与配对的正常食管上皮相比，其乙酰化修饰水平明显低下，乙酰化与去乙酰化修饰循环严重失衡，与食管癌恶性进展密切相关。然而有关是何种乙酰基转移酶与去乙酰基酶，负责Fascin-K471乙酰化与去乙酰化修饰循环这一重要科学问题，目前尚不知晓。为此，本项目拟首先系统鉴定食管癌中Fascin-K471乙酰基转移酶与去乙酰基酶，接下来重点研究这些酶发挥作用的分子机制，同时探讨其临床意义，证明“Fascin-K471乙酰化与去乙酰化修饰循环失衡促食管癌发生发展”新科学理论假说，为以Fascin为靶点，开展食管癌临床转化研究提供理论依据。

Fascin在食管癌组织细胞中高表达，通过捆绑F-actin形成细胞的丝状伪足和侵袭性伪足，促进癌细胞移动侵袭。Fascin翻译后修饰对Fascin功能的调节机制需要阐明。本项目研究证明了“Fascin乙酰化与去乙酰化修饰循环失衡，以及乙酰化与磷酸化cross talk促进食管癌发生发展”新科学假说，获得如下新发现：1）乙酰基转移酶PCAF与Fascin直接互作，催化Fascin-K471乙酰化。功能上，Fascin-K471乙酰化显著抑制食管癌细胞的移动侵袭转移，K471去乙酰化表现出强大的致癌活性。机制上，K471乙酰化抑制Fascin的F-actin捆绑活性，导致细胞丝状伪足长度变短；去乙酰化获得相反结果。Fascin-S39磷酸化与K471乙酰化在功能上协同。食管癌组织中，高水平的Fascin-K471乙酰化和S39磷酸化与食管癌患者总生存期和无瘤生存期延长密切相关。2）乙酰基转移酶KAT8和去乙酰基酶SIRT7与Fascin直接互作，分别催化Fascin-K41位点乙酰化和去乙酰化。K41乙酰化显著抑制Fascin捆绑F-actin的活性，抑制食管癌细胞丝状伪足和侵袭性伪足的形成。K41位点去乙酰化产生截然相反的结果。进一步的临床数据分析显示，与癌旁组织相比，食管癌组织中K41乙酰化的Fascin占总Fascin的比例显著降低；与未发生淋巴结转移的患者相比，发生淋巴结转移食管癌患者癌组织中K41乙酰化水平明显降低；低水平的Fascin-K41乙酰化与食管癌患者不良预后显著相关。3）本项目还通过食管癌蛋白质磷酸化组学实验发现了Fascin新的磷酸化位点S146、T403和T239；实验研究表明，丝氨酸/苏氨酸激酶AKT2介导Fascin-T403位点磷酸化，抑制Fascin捆绑F-actin活性、食管癌细胞丝状伪足的形成，以及食管癌细胞的增殖和移动。综上，本项目鉴定出调控Fascin功能的2个新的乙酰化位点和3个新的磷酸化位点及其对应的修饰酶，并深入探究了其对Fascin功能调控的分子机制与临床意义。本项目累计发表论文11篇，包括SCI论文9篇，其中，中科院1区2篇（Top杂志），2区5篇，3区2篇，平均SCI-IF=7.22；参加学术会议交流18人次，分组报告2人次，申请中国发明专利1项，培养中青年学术带头人3名，博士后/研究生7名；圆满完成项目预期计划。