ALOX基因簇在血液肿瘤发生发展中的作用及分子机制

Chromosome large deletions are one of the hallmarks of hematopoietic malignancies and associated with poor prognosis. With genetic engineered mouse models, our recent studies demonstrated that chromosome 17p deletions associated with p53 loss of heterozygosity could promote lymphoma and leukemia genesis through p53 independent mechanisms (Liu et al., Nature 2016). Through high throughput shRNA library screenings, we further identified multiple novel tumor suppressors on 17p. Among them there are three arachidonate lipoxygenases, ALOX15B, ALOX12B and ALOXE3, which align as a gene cluster. We are going to study the functions of these individual ALOX genes and this gene cluster as a whole in Eμ-MYC driven lymphoma by RNAi, CRISPR/Cas9 genome editing and animal models. Our primary results suggest that arachidonic acid, the substrate of ALOX genes, might be a critical mediator for ALOX tumor suppression function. We will further investigate the detailed molecular mechanisms of ALOX loss-induced metabolism abnormalities in lymphoma. Our studies would shed light on the deep understanding of chromosome large deletions and associated cancer metabolisms in blood cancers.

染色体大片段缺失是血液肿瘤的特征之一，且与患者预后不良密切相关。我们最新的研究利用基因工程小鼠模型证明染色体17p缺失能促进淋巴瘤和白血病的发生（Liu et al., Nature 2016）。通过高通量shRNA文库筛选我们进一步鉴定了染色体17p中p53之外的多个新的肿瘤抑制基因。其中花生四烯酸脱氧酶ALOX15B、ALOX12B和ALOXE3在17p上串联形成一个基因簇。我们计划利用RNA干扰、CRISPR/Cas9基因组编辑、模式动物等研究这些ALOX基因以及这一基因簇作为一个整体在Eμ-MYC诱导的淋巴瘤发生发展中的作用。初步结果显示ALOX的代谢底物花生四烯酸可能是ALOX基因抑制肿瘤的重要介质。我们将进一步阐述ALOX缺失引起的代谢异常调控淋巴瘤的分子机制。我们的研究将有助于深入理解染色体缺失及其相关的肿瘤代谢在血液肿瘤发生发展中意义。

染色体缺失在血液肿瘤中非常常见，但其对肿瘤发生发展分子作用机制的研究相对滞后。其中，染色体17p的缺失占全癌1/3左右。携带17p缺失的肿瘤患者常常表现为癌症恶性度高、耐药易复发而患者生存率低。我们课题组前期的工作以染色体17p13片段为研究对象，成功构建了小鼠11B3的条件性敲除模型。利用该模型阐明了染色体17p13对肿瘤的驱动作用，并筛选到多个新的抑癌基因。在这个项目中，我们针对其中在17p上的ALOX家族基因ALOX15B、ALOX12B等，进行了系统全面深入地研究，取得了显著的成果。包括：1）利用小鼠淋巴瘤模型和RNA干扰，揭示17p上多个ALOX基因均具有肿瘤抑制作用。抑制其基因表达可以促进淋巴瘤形成；2）利用多个shRNA构建在同一个载体的tandem shRNA技术，发现ALOX基因与p53基因共下调时，对淋巴瘤发生具有协同作用；3）利用质谱分析技术，发现Alox15b基因下调或染色体17p13缺失的情况下，花生四烯酸的代谢平衡发生失调。其中，花生四烯酸脂氧化酶的下游产物含量明显减少。与此对应，花生四烯酸环氧化酶的下游产物含量增加。尤其以PGE2的产量增加明显；4）利用分子生物学和遗传学技术，揭示Alox15b下调可以显著提高Cox-2(Ptgs2)的基因表达；5）靶向COX-2的shRNA或小分子抑制剂抑制shAlox15淋巴瘤形成，及Alox15b或11B3缺失淋巴瘤细胞的生长。综上，我们的研究揭示了花生四烯酸脂氧化与环氧化代谢通路的平衡对淋巴瘤发生发展的作用，提出对17p缺失的淋巴瘤潜在的靶标分子，为下一步研发针对性的治疗提供理论依据。