Ezrin-ACAP4-ARF6信号轴应答肿瘤转移前微环境的效应机制研究

Metastasis is a life-threaten hallmark of tumor malignance which involves complicated and dynamic interactions between tumors and its surrounding microenvironment. At molecular level, the aforementioned interactions exhibit as spatiotemporal dynamics of context-dependent signaling axis. The proposed studies were jointly put forward by two long-term collaborative research units. This synergistic team has delineated the role of ezrin phosphorylation in liver cancer metastasis and characterized MST4-ezrin-ACAP4 signaling axis. Our collaborative works have appeared in prestigious journals such as Cancer Research and PNAS. Here we plan to consolidate our resource and expertise to delineate how MST4-ACAP4 signaling axis orchestrates tumor-micro-environment interactions in cancer metastasis. In addition, we plan to illustrate the molecular dynamics of ARF6-GTPase gradient in tumor cells in response to micro-environmental factors such as cytokines. Finally, we plan to use our novel ACAP4 inhibitor to probe the precise role of ACAP4 signaling in tumor-micro-environment interactions and tumor cell metastasis in triple negative breast cancer, the most invasive tumor type in breast cancer. The completion of proposed work will build a world-class translational research team centered on tumor-micro-environment interactions and provide l-2 lead compounds for precision interrogation of tumor progression.

肿瘤转移是恶性肿瘤的主要特征，其发生涉及到肿瘤细胞本身的内在因素及其所处转移前微环境的动态变化。肿瘤转移是一个复杂的、多因素调控的动态过程，在分子水平上主要表现为蛋白质复合物的时空动态调控。本项目申请由两个紧密合作的交叉学科团队提出，5年来取得了以“Ezrin磷酸化调控肝癌转移”和“MST-ezrin-ACAP4信号轴调控细胞可塑性”为代表的系列研究成果。合作发表Cancer Res、PNAS等高水平研究论文9篇。本项目拟在综合前期合作的基础上，阐明微环境如何通过MST4-ACAP4分子作用调控肝癌与乳腺癌细胞可塑性，解析ARF6 GTP酶活性在肿瘤细胞应答微环境变化过程中的时空动力学特征，并利用小分子抑制剂MSM0601解析ACAP4在转移前微环境形成、维系与乳腺癌转移的效应机制。本项目的实施将铸造一支国际先进水平的肿瘤微环境科研团队并发掘1-2个干预肿瘤转移的先导化合物。

肿瘤转移前微环境的形成是肿瘤转移的重要环节。前期我们发现巨噬细胞分泌的细胞因子CCL18能够调控Ezrin-ACAP4-ARF6信号轴，促进肿瘤细胞转移，但其机制仍不明确。本项目以乳腺癌和肝癌为研究对象开展了Ezrin-ACAP4-ARF6信号轴应答肿瘤转移前微环境的效应机制研究，通过与中国科学技术大学的通力合作，充分发挥学科交叉与融合的特色与优势，历经五年，圆满完成了各项任务，并取得了以下研究成果：1）验证了CCL18、IL-6是肿瘤转移前微环境的重要成分，具有促进乳腺癌、肝癌转移的重要作用；2）发现了细胞因子CCL18介导肿瘤细胞迁移的重要效应蛋白Ezrin、ACAP4；3）系统描绘了Ezrin-ACAP4-ARF6信号轴在应答CCL18介导肿瘤转移中的时空动力学变化及单分子行为特征；4）阐明了Ezrin、ACAP4定位及ARF6-GTPase活性改变对细胞骨架及细胞质膜动态性调控，进而影响肿瘤细胞迁移能力的分子机制；5）在临床水平验证了Ezrin-ACAP4-ARF6信号轴活化与乳腺癌转移的相关性，为临床的精准诊治提供了依据与策略；6）发现了肿瘤相关巨噬细胞分泌的IL-6可通过JAK1上调ACAP4磷酸化修饰促进肝癌细胞迁移。. 基于上述研究成果，我们取得了以下研究突破：1）创新性地揭示了Ezrin、ACAP4的磷酸化与乙酰化修饰的动态交流在CCL18介导肿瘤细胞转移中的重要作用；2）首次发现了ACAP4结合蛋白Acapin，为肝癌分子分型与干预提供新视角；3）搭建了细胞-类器官-动物多模式药物筛选平台，筛选出Syntelin、雷公藤红素等具有抗肿瘤转移效应的小分子化合物及中药单体，为靶向先导化合物的临床转化研究提供了依据与技术支撑。. 通过本项目的实施，我们系统揭示了Ezrin-ACAP4-ARF6的功能本质及微环境炎症介质如何通过调控Ezrin-ACAP4-ARF6蛋白质的共价修饰介导肿瘤细胞可塑性改变的分子作用机制，为肿瘤转移早期精准干预节点与方案的制定奠定了基础。在本项目的支持下，课题组在高水平学术期刊发表14篇学术论文，申报2项专利，取得软件著作权2项，培养2名中青年学术带头人、4名博士后、7名博士研究生及3名硕士研究生，并连续三年应美国细胞生物学会邀请组织了中国肿瘤细胞生物学专场会议，极大地推进了国际交流与合作。