G3BP1在促乳腺癌转移中的作用机制研究

Cancer metastasis involves in multiple processes. Tumor cell chemotaxis, a directional movement of cells in response to a chemical gradient, mediates the detachment of cancer cells from primary sites and their subsequent intravasation into the circulation and secondary sites. This process functions mainly through cell cytoskeleton rearrangement and activation of focal adhesion kinase, thus plays an important role in cancer metastasis. It is well known that Protein Kinase C zeta (PKCζ) is an essential signaling molecule in breast cancer cell chemotaxis. Through a combined co-IP and MS analyses, we first identified that G3BP1 is a novel PKCζ binding protein. Our preliminary data showed that downregulation of G3BP1 by small interfering RNA (siRNA) significantly inhibits EGF-induced breast cancer cell chemotaxis, and impairs cell polarization during directional migration, indicating G3BP1 might play a crucial role in breast cancer cell chemotaxis and migration. We thus hypothesized that 1) G3BP1 modulates tumor cell chemotaxis through regulating PKCζactivation; 2) G3BP1 is a key molecule in breast cancer metastatic signaling; 3) G3BP1 is a valuable biomarker for breast cancer diagnosis and prognosis prediction. Our proposed study will aim to further elucidate the interactive domains between G3BP1 and PKCζ; reveal the cellular functions and molecular mechanisms of G3BP1 on breast cancer metastasis. Thus, this study will shed light on the molecular mechanism of G3BP1 in breast cancer cell chemotaxis and metastasis, as well as provide the experimental evidence for novel anti-cancer metastasis targeting drug design.

癌细胞的转移是一个涉及多步骤的生物学过程，其中肿瘤细胞的趋化运动起重要作用。癌细胞感受环境中化学因子的浓度梯度，通过细胞骨架重构和粘附分子活化，促使癌细胞脱离肿瘤原发灶，转移到靶器官。研究证实信号分子PKCζ是乳腺癌细胞趋化运动中的关键分子，本课题前期工作首次发现G3BP1是PKCζ的一个结合蛋白。采用siRNA降低G3BP1在乳腺癌细胞中的表达可抑制由EGF诱导的细胞趋化运动和细胞定向迁移中极性的建立。因此，本研究提出以下假设:1）G3BP1通过调控PKCζ活化，从而调控癌细胞的趋化运动；2）G3BP1是调控乳腺癌转移的关键信号分子；3）G3BP1具肿瘤转移分子标记物的潜能。本研究将明确G3BP1与PKCζ的结合位点，深入解析G3BP1在癌细胞趋化运动和转移中的作用，为发现新的抗肿瘤转移药物靶标提供理论依据。

癌转移是导致乳腺癌患者死亡的主要原因，然而目前尚无有效的诊治方法。癌细胞的转移是一个涉及多步骤的复杂的生物学过程。肿瘤细胞的趋化运动在癌细胞脱离肿瘤原发灶，转移到靶器官过程中起重要作用。PKCζ是乳腺癌细胞趋化运动信号通路中的关键分子，本课题前期工作首次发现G3BP1是PKCζ的一个结合蛋白。本课题研究旨以乳腺癌细胞为模型，研究计划要点包含以下三方面主要内容：（1）G3BP1是调控乳腺癌细胞趋化运动和转移的关键分子；（2）G3BP1通过调控PKCζ活化来调控乳腺癌细胞的运动；（3）G3BP1的表达水平与肿瘤转移等特性相关。本课题研究成果显示G3BP1表达降低可抑制乳腺癌细胞由EGF诱导的趋化运动，细胞侵袭，肿瘤细胞定向运动中的极性建立，细胞黏附，以及肌动蛋白聚合，揭示了G3BP1在乳腺癌转移中的重要调控作用。在分子水平上，首次确定了G3BP1与PKCζ相互作用，并且明确了G3BP1与PKCζ的激酶结构域的结合，以及G3BP1对由EGF诱导的PKCζ激活的调控；深入解析了G3BP1表达降低抑制了EGF诱导的癌转移相关信号分子的激活，如PKCζ磷酸化，AKT磷酸化，Cofilin磷酸化和Integrin β1磷酸化；此外，运用RNA-seq新技术解析G3BP1在乳腺癌趋化运动中的信号网络，为解析乳腺肿瘤转移机制、发现新的抗肿瘤转移药物靶标提供理论依据。小鼠的乳腺癌转移模型的成功建立进一步明确了G3BP1表达降低可抑制乳腺癌细胞的肺转移。通过临床乳腺癌样本的G3BP1表达与临床参数分析，明确了G3BP1的高表达与乳腺肿瘤密切关联，并与乳腺癌患者发生远处转移侵袭相关。相关数据支持G3BP1作为乳腺肿瘤分子标志物的理论可行性。本研究揭示一个新的趋化运动信号分子G3BP1及其作用的分子机理，并且为今后开发G3BP1作为潜在的新的肿瘤转移分子靶标，开发新的乳腺癌治疗靶点奠定实验基础。