PRDM14基因及其甲基化对非小细胞肺癌转移的调控机制研究

Abnormal methylation of DNA is associated with the incidence and development of lung cancer. We built a general DNA methylation pattern of early stage NSCLC by using high throughput sequencing platform and noticed that the aberrant methylation level of PRDM14 was accompanied by the carcinogenesis and progression, suggesting that the gene is a potential molecular marker for the early prediction of NSCLC metastasis. We confirmed that over-expression of PRDM14 resulted in the inhibition of cell proliferation and colony formation abilities through the experiments in vitro. More importantly, up-regulation of PRDM14 inhibited cell motility and invasion. However, the role of PRDM14 and its methylation in lung cancer and the correlation between the expression of PRDM14 and clinical pathological meaning remains unclear. Studies show that PRDM14 gene may cause the origination and metastasis of the lung cancer via regulation of the transcriptional of its downstream POU5F1. Based on these results, we plan to investigate the function and signaling pathway of PRDM14 methylation on lung cancer cell lines in the present study, and elucidate PRDM14-mediated tumor suppression effect both in vitro and in vivo. Finally, we will perform a retrospective study on a cohort of NSCLC tissue specimens to assess the clinical significance of PRDM14 expression and methylation in staging, metastasis and prognosis, which will provide the theoretical basis for the use of PRDM14 in the treatment of lung cancer.

DNA甲基化与肺癌的发生、发展关系密切。在前期工作中，我们利用高通量DNA测序平台建立非小细胞肺癌全局性DNA甲基化谱式，发现PRDM14基因异常甲基化对非小细胞肺癌的发生和发展具有重要意义，可能是一个特异性的提示非小细胞肺癌转移风险的分子标志。前期进一步的体外实验确认了PRDM14能够抑制非小细胞肺癌细胞生长和克隆形成能力，能显著降低细胞运动和侵袭表型。但是，PRDM14基因在非小细胞肺癌中的功能和分子作用机制及其临床意义尚不明确。有研究发现PRDM14可能是通过调控下游的关键分子POU5F1来影响非小细胞肺癌的发生和转移。在此基础上，本研究拟从组织、细胞、动物、分子等多层面研究PRDM14在非小细胞肺癌发生、转移中的功能及其介导的信号通路作用，探讨其分子机制。同时，通过大样本前瞻性研究分析PRDM14表达与其甲基化状态对于非小细胞肺癌临床病理、分期与转移复发的相关性，明确其临床意义。

PRDM14 是一个在肺癌的发生、发展中具有重要作用的转录因子，已经在其他多个肿瘤里面被报道。本课题组利用4年的时间致力于（1）发现了PRDM14在肺癌中作为促癌基因存在，其主要作用是通过调控DNMT3b的下游FKBP3促进肿瘤的增殖；（2）深入研究了PRDM14调控DNMT3b以及FKBP3的机制，同时研究了FKBP3的下游通路；（3）在体内外实验研究中验证PRDM14对肺癌恶性潜能的影响；（4）联合临床资料较全面地认识PRDM14-DNMT3b-FKBP3轴对肺癌增殖及预后的关系，为将来进行基因治疗和新药的开发提供理论基础和实验依据。.在研究过程中课题组在肺癌中证实了：1）PRDM14的表达水平显著高于其对照的正常组织，且其表达又与肺癌临床病理特征及预后相关；2）同时体外实验表明PRDM14的过表达能够抑制肺癌细胞的增殖、迁移、侵袭；3）体内实验证实过表达外源性PRDM14可明显促进肺癌细胞在裸鼠皮下的成瘤。以上结果提示：PRDM14是肺癌恶性潜能相关的关键分子，具有改善肺癌恶性潜能的功能潜质。在机制探讨上，我们根据报道并通过ChIP验证证实了PRDM14可以结合到DNMT3b的启动子区域，并且PRDM14作为抑制性的转录因子抑制了DNMT3b的表达。后续我们对PRDM14过表达的细胞系进行测序，我们研究发现，当敲降PRDM14后，FKBP3的表达明显降低，我们考虑PRDM14可能通过DNMT3b调控FKBP3的表达。通过分析FKBP3的启动子区域我们发现FKBP3的启动子区域富含CpG岛，同时ChIP证实了DNMT3b可以结合到FKBP3的启动子区域。为进一步研究PRDM14在肺腺癌调控机制，后续我们课题组深入研究了FKBP3在肺癌发生发展过程中发挥的关键作用。.最终得出结论：PRDM14通过PRDM14-DNMT3b-FKBP3轴调控来促进非小细胞肺癌的发生发展，进一步调控下游HDAC2和p27的表达，尤其在在NSCLC细胞增殖和细胞周期进程中发挥重要的作用。