肿瘤异常戊糖途径介导上皮-间充质转变和转移的分子机制研究

The stress in micro-environment is an important factor to promote malignant progression and metastasis of tumor cell migration. There is a contradiction between chemia micro-environment stress and energy consumption of exercise behavior. The reason why tumor cells to obtain the migration energy under stress conditions is still unclear. Preliminary work shows that high malignant tumor cell can gain energy from incomplete pentose metabolism by using 2-DR decomposed by thymidine, meanwhile Twist1, a Epithelial-mesenchymal transition regulator, can positively regulate thymidine kinase to complete composition of thymidine, and the glycolytic enzyme GAPDH ’s interaction with Twist1 has been also observed. Basis on the data, to use of CRISPR, GCxGC, transgenic animal, molecular interaction studies and other methods. Based on three different levels including GAPDH/Twist1 interaction, characteristics of abnormality pentose pathway, bearing cancer and transgenic animal model, a study has been initiated to interpret the relationship between epithelial-mesenchymal transition and pentose pathway, eventually validated by clinical pathology. The project helps to explain the abnormal pentose pathway in tumor, molecular regulation mechanism and biological effects derived, which enriches the tumor glucometabolism theory and EMT theory, thereby providing the basis for clinical diagnosis and treatment of tumor and the searching of drug targets.

胁迫微环境是促进肿瘤恶性演进和转移的重要因素，耗能的细胞迁移运动行为与缺血缺氧微环境存在矛盾，肿瘤细胞如何在胁迫条件下获得迁移运动的能量目前尚不明了。前期工作表明，高恶性肿瘤细胞可以利用胸苷分解的2-脱氧核糖进行不完全的戊糖代谢获得能量，同时上皮-间充质转变相关调控因子Twist1可正调控胸苷激酶的转录以完成对胸苷的分解；也观察到糖酵解关键酶GAPDH可与Twist1相互作用。在此基础上，利用CRISPR、二维质谱、转基因动物和分子相互作用研究等方法，从GAPDH/Twist1互作、异常戊糖代谢组特征、荷瘤及转基因动物三个层面进行肿瘤异常戊糖代谢与上皮-间充质转变、转移关联性的研究，再通过临床病理回顾性分析和前瞻性研究进行验证。通过本项目有助于阐释肿瘤异常戊糖途径的特征，分子调控机制和引发的生物学效应，可丰富肿瘤糖代谢理论和EMT理论，为临床肿瘤的诊治和寻找药物靶点提供依据。

胁迫微环境是促进肿瘤恶性演进和转移的重要因素，肿瘤细胞如何在胁迫条件下获得迁移运动的能量目前尚不明了。本项目研究揭示，高恶性肿瘤细胞可以利用胸苷分解的2-脱氧核糖进行不完全的戊糖代谢获得能量，这个过程是有胸苷激酶（TP）介导的。TP可以驱动上皮间充质转变（EMT）和上皮内皮转变（EET）从而引发肿瘤恶性演进。深入机制研究发现，TP的高表达受到驱动EMT的转录因子Twist1的正向调控，基于此，靶向TP的酶活来开发抗肿瘤药物具有潜在的临床价值。我们研究发现乙胺嘧啶可以通过靶向TP并抑制其酶活性来抑制肿瘤的转移侵袭及EMT。为进一步开发基于TP的抗癌药物提供了基础。.围绕肿瘤异常戊糖途径的特征，其分子调控机制和引发的生物学效应，我们的研究成果丰富了肿瘤糖代谢理论和EMT理论，为临床肿瘤的诊治和寻找药物靶点提供依据。课题组长期聚焦于Twist1的转录调控研究，对TP的转录调控的研究加深了我们对Twist1转录调控促进肿瘤演进的理解。由此衍生出来一系列研究课题并进行了深入研究。.Twist1 作为转录因子可通过调节多种功能性靶基因赋予肿瘤细胞恶性演进能力， 已经有研究表明 Twist1 结合 E-box 转录抑制 Ecadherin 的表达，但对另一个 EMT 关键标志分子 Vimentin 的调控始终不清楚。课题组发现 Twist1 可促进 Cul2 的转录，新生的pre-mRNA在QKI 的环化剪切下形成 Cul2。该 Cul2-circRNA，其序列可吸附多种靶向 Vimentin 的 miRNAs，进而上调 Vimentin 的表达。在对QKI的转录调控研究当中，我们发现YY1/p300/p65 可单独形成复合体，结合靶基因 QKI 的启动子区并形成茎环样结构，发挥超级增强子作用该研究揭示了 EMT 过程中 circRNA 风暴产生的原因。.基于对Twist1转录调控特征的理解，我们发现恶性肿瘤往往存在多个抑癌基因的串联共沉默现象，逆转抑癌基因的串联“共沉默” 具有较大的临床治疗意义。受到 circRNA 功能的启发， 设计了一种富含 miRNA 结合位点的单链环状 DNA（CSSD）来模拟 circRNA 吸附 miRNA的特性。进一步的研究表明， CSSD 进入体内主要富集于肿瘤组织并且表现出很好的抗肿瘤特征。