蛋白精氨酸N端甲基化转移酶5（PRMT5）促进乳腺细胞干性的功能和机制研究

Protein arginine N-methyltransferase 5 (PRMT5) promotes self-renewal of embryonic stem cells, adult tissue stem cells and cancer stem cells. However, the roles of PRMT5 in mammary gland normal stem cells and breast cancer stem cells have not been explored. Our previous studies suggest that KLF5 transcription factor promotes self-renewal of mammary gland normal stem cells and breast cancer stem cells. PRMT5 increases the expression of KLF5 and its downstream target genes in breast epithelial cells. We hypothesize that PRMT5 is an arginine methyltransferase for KLF5 and can stabilize KLF5 to promote self-renewal, proliferation and survival of mammary gland normal stem cells and breast cancer stem cells. We will first determine if PRMT5 stabilizes KLF5 through protein methylation. Following that, we will test if PRMT5 promotes breast epithelial cell stemness, proliferation and survival through KLF5. Finally, we will generate a breast specific Prmt5 knockout mouse model to study the roles of Prmt5 in mouse mammary gland development and stem cells. Completion of this project will not only reveal the function and action mechanism of PRMT5 in breast stem cells and development but also build foundation for breast cancer prevention and treatment.

蛋白精氨酸N端甲基化转移酶5（PRMT5）在胚胎干细胞、多种成体干细胞以及肿瘤干细胞中扮演促进角色，然而PRMT5在乳腺正常干细胞和肿瘤干细胞的功能缺乏研究。我们前期研究发现转录因子KLF5参与维持小鼠乳腺正常干细胞和人乳腺癌干细胞，PRMT5可以增加KLF5蛋白的稳定性并且促进其下游基因表达。我们假设PRMT5通过甲基化修饰KLF5,促进KLF5蛋白稳定，从而促进乳腺细胞干性和增殖生存。我们在本项目中将首先明确PRMT5是否通过甲基化KLF5增加KLF5蛋白表达，然后解析PRMT5是否通过稳定KLF5促进乳腺细胞干性和增殖生存，最后构建乳腺组织特异性Prmt5敲除小鼠阐明Prmt5是否在动物体内促进Klf5表达以及乳腺干细胞和乳腺发育。完成本项目将帮助我们理解Prmt5在乳腺干细胞中的功能和作用机制，解析它在乳腺发育中的角色，阐明KLF5甲基化修饰调控机制，为乳腺癌防治奠定基础。

Krüppel样因子5（KLF5）是致癌因子，在基底样乳腺癌（BLBC）中高表达，并促进细胞增殖，存活，迁移，干细胞和肿瘤生长。但是，它的翻译后修饰定义不清。精氨酸甲基转移酶5（PRMT5）也是与多种癌症（包括乳腺癌）有关的致癌基因。在这项研究中，我们发现PRMT5与KLF5相互作用，并在BLBC细胞中以甲基转移酶活性依赖性的方式催化精氨酸57（R57）处KLF5的对甲基化。 PRMT5的敲低或药物抑制（使用PJ-68）在体外和体内均可降低KLF5及其下游靶基因的表达，PRMT5诱导的KLF5R57me2拮抗GSK3β介导的KLF5磷酸化，随后拮抗FBW7介导的KLF5泛素化并偶联降解。在功能上，PRMT5通过稳定KLF5至少部分地促进乳腺癌干细胞的维持和增殖。 PRBL5和KLF5蛋白水平在临床BLBC中呈正相关。综上，PRMT5甲基化KLF5并防止其磷酸化，泛素化和降解，从而促进乳腺癌干细胞的维持和增殖。这些发现表明PRMT5是BLBC的潜在治疗靶标。同时，研究提示了PRMT5特异性抑制剂PJ-68具有强烈抑制BLBC的功能，有望进一步发展为抗癌药物。项目执行期间主持人获得万人计划领军人才和云岭学者等项目支持，发表文章25篇，培养研究生15人。