TRIM39调节PUMA蛋白稳定性的机制及其在肿瘤发生中的生物学功能研究

As a key regulator of apoptosis, PUMA plays a pivotal role in tumourgenesis and response to various stress signals. To date, rare studies have described the regulation of PUMA expression by post-translational means, despite numerous papers describing the regulation of PUMA on transcriptional level.The existing research reveals that TRIM (tripartite motif) family members are involved in the regulation of apoptosis, cell cycle and, as consequence, are implicated in genetic diseases, neurological disorders and cancers. We found that TRIM39 can regulate PUMA in post-transcriptional level, but the precise mechanism is still unknown. This project will clarify the mechanisms as follows: the regulation of PUMA stability by TRIM39; the regulation of apoptosis by TRIM39 when encountered DNA damage; the role of TRIM39 on tumorigenesis. All of these studies will help us understand the precise mechanism of PUMA regulation and will provide important theoretical basis for gene therapy for cancer.

PUMA是细胞凋亡过程中的一个重要调节因子，在细胞对压力刺激信号反应和肿瘤的发生、发展中PUMA都发挥着重要的作用。目前PUMA在细胞内表达水平调节的研究主要集中在转录水平，而在翻译后水平对于PUMA蛋白活性调节的报道却很少。现有的研究揭示TRIM(tripartite motif)家族的成员在调节细胞凋亡、细胞周期中有重要作用，并且与遗传性疾病，神经系统异常以及癌症等都有着密切的关系。TRIM39是我们发现的能够在翻译后水平调节PUMA稳定性的蛋白，但TRIM39调节PUMA的具体机制还不清楚。本项目拟阐明TRIM39调节PUMA蛋白稳定性的分子机理，揭示TRIM39在DNA损伤应激条件下对细胞凋亡的调控及其机制，明确在肿瘤形成中TRIM39的生物学功能，从而为进一步了解PUMA在细胞中的精确调控机制和在分子基因水平进行肿瘤治疗提供重要的理论依据。

分子伴侣介导的自噬（CMA）可以通过在细胞营养不足时供给细胞基本的氨基酸或者清除受损及错误折叠的蛋白质起到保护细胞、促进细胞生存的作用，但是这其中的分子机制尚未得到阐明。此项研究报道了Bcl-2家族BH-3 only的蛋白PUMA是一个真实的CMA底物。PUMA可以通过类KFERQ氨基酸序列与CMA伴侣分子Hsc70相互结合后进入溶酶体发生降解。在细胞静息状态下，通过敲低Hsc70或者溶酶体受体LAMP-2A抑制CMA活性都可以稳定PUMA的蛋白水平，进而使肿瘤细胞更易于发生细胞凋亡。此外，我们的结果还阐明了PUMA Ser10位点磷酸化可以通过抑制PUMA与Hsc70的相互作用而稳定PUMA的蛋白水平。PUMAS10A以及PUMAS10D基因敲入细胞中PUMA与HSC70相互结合程度差异影响了内源PUMA的蛋白水平。值得注意的是，IKKβ调控的PUMA蛋白Ser10位点磷酸化是TNFα诱导PUMA蛋白水平短暂及持续上升的必备条件。更重要的是，PUMA Ser10位点磷酸化或者CMA功能丧失引起的PUMA蛋白水平稳定加强了TNFα诱导的细胞凋亡。因此，我们的研究结果说明PUMA蛋白通过CMA选择性降解对于CMA促细胞生存有重要意义，并且首次揭示了IKKβ促进细胞凋亡的作用，即通过调节PUMA蛋白Ser10位点磷酸化促进PUMA蛋白被显著的诱导从而调控TNFα诱导的细胞凋亡。该研究率先揭示了PUMA通过自噬途径被降解，阐明了CMA对PUMA的负向调控是自噬抑制凋亡的关键分子机制，提出了CMA异常激活诱导的抗凋亡是促进肿瘤发生发展的重要环节。