蛋白激酶Akt与转录因子Oct4 相互调节的机理研究

It is well established that Akt and Oct4 plays a central role in cancer cell survival and embryonic stem cell self-renewal,respectively. Emerging evidence showed that Akt and Oct4 also has essential functions in embryonic stem cells and cancer cells, respectively, implicating their dual roles in those cells. However，so far it is unknown if there is any structrual or functional interactions between these two important proteins. Work from the applicant's lab has shown that in embryonal carcinoma cells which serve as a model for cancer stem cells,Akt can directly phosphorylate Oct4, and Akt-phosphorylated Oct4 can in turn up-regulate the transcription of AKT1 gene, thereby forming an Oct4-Akt positive feedback loop. Building upon these results we made this proposal in which we are going to desipher the complete Oct4-Akt interaction system and compare this system in embryonic stem cells and embryonal carcinoma cells by genomic and proteomic approches, and to unravel the mechanism by which the Oct4-Akt postive feedback loop is formed and to assess its role in tumorigenesis of embryonic stem cells. It is expected that the results from this project may provide novel clues for revealing the mechanism of cancer stem cell formation, as well as new therapeutic strategy for targeting cancer stem cells.

蛋白激酶Akt和转录因子Oct4分别在促进肿瘤细胞生存和维持胚胎干细胞"干性"中处于中枢地位。 同时，Akt在胚胎干细胞中和Oct4在肿瘤细胞中也发挥重要作用，即两者均是"兼职"于胚胎干细胞和肿瘤细胞中的关键蛋白。 但是迄今尚未报道这两种蛋白之间是否存在结构和功能上的互作。申请人的前期工作表明，在胚胎癌细胞这一肿瘤干细胞模型中，Akt可以直接磷酸化Oct4，而磷酸化的Oct4又可以上调Akt基因的转录，形成了Oct4-Akt正反馈回路系统。 本项目拟在该工作基础上，运用基因组学和蛋白质组学等手段，解析出胚胎癌细胞和胚胎干细胞中较为完整的Oct4-Akt互作系统，深入比较该互作系统在两种细胞中的异同，阐明Oct4-Akt正反馈回路系统形成的机制及其在胚胎干细胞癌变中的作用。本项目的研究结果将为揭示胚胎干细胞癌变和肿瘤干细胞形成机理提供新线索，并为针对肿瘤干细胞的治疗提供新靶标和新策略。

本项目旨在阐明PI3K/Akt信号转导通路调控Oct4功能的分子机制；评估和确立Oct4–Akt正反馈回路系统在胚胎干细胞癌变中的作用，为揭示胚胎干细胞癌变和肿瘤干细胞形成机理提供新线索。我们通过4年的努力，已基本完成了上述研究目标，主要取得了下列进展：.1．我们发现胚胎干细胞中Akt可通过GSK3beta-beta-catenin, Smad2/3-Nanog, JAK-STAT3等信号通路调控Oct4的基因表达和蛋白活性，而Oct4可通过影响Tcl1和CD49f等的转录水平反过来调控Akt的活性。Akt和Oct4之间因此形成了双向调控的“Akt-Oct4调控通路”。该调控通路的发现和提出，在干细胞自我更新和凋亡之间建立起全新的联系，该通路异常激活解释了癌变干细胞能逃逸细胞凋亡的主要原因，揭示了干细胞癌变和肿瘤干细胞形成的一种重要机制。.2．我们发现色氨酸代谢产物ITE可作为配体激活AhR，促进其特异性结合至神经胶质瘤、肝癌等肿瘤干细胞Oct4基因启动子区域，抑制Oct4转录，使“Akt-Oct4调控通路”产生动态变化，诱导肿瘤干细胞发生分化，显著降低其致瘤能力。该研究为进一步阐明氨基酸代谢与肿瘤发生间的内在关系提供了新视角，也为特异性诱导多种肿瘤干细胞的分化提供了原创性的候选药物（ITE），具有潜在重大的临床应用价值。.3．我们提出“翻译后修饰条形码”（PTM barcode）的概念和“特定胞内外信号对应蛋白质上特异性翻译后修饰条形码”的假说。运用Oct4重组蛋白的体外翻译后修饰体系，我们进一步发现Oct4蛋白K156残基是介导Oct4-Sox2蛋白互作的关键位点，该位点上的系列翻译后修饰（甲基化和泛素化）在协调多能干细胞向中内胚层分化和上皮–间质转化过程中发挥重要作用。.我们在本项目资助下，迄今已发表8篇论文。其中以本项目作为第一标注发表6篇SCI论文和1篇非SCI论文，其中1篇论文影响影子>10; 另以本项目作为第三标注发表1篇SCI论文。培养博士后2名，博士研究生5名，硕士研究生1名。项目组成员参加了2次国际合作与交流活动，2次在国内外专业会议上报告相关学术成果。由于本项目研究成果创新性提出将“Akt-Oct4调控通路”作为肝癌诊治的新策略，因而成为2013年度国家科技进步一等奖项目“重症肝病诊治的理论创新与技术突破”成果的组成部分。