去泛素化酶USP14调控谷氨酰胺酶在非小细胞肺癌中的功能及其分子机制研究

Glutaminase plays a critical role in lung cancer cell metabolism. It can promote cancer cell growth and supply more intermediate substrates for cancer cell division. In our previous studies, we did a lot of works on how glutaminase is regulated in cancer cells（Wang et al. 2010，Cancer Cell 18: 207-219; Xie et al. 2016, Oncotarget 7: 610-21）. However, the molecular mechanism for glutaminase degradation in cancer cells is not clear. In our yeast two hybrid experiments, we found that deubiquitinase-USP14 is a possible binding partner for glutaminase. In this project, we will overexpress USP14 or knock down by siRNA to prove that glutaminase is regulated by USP14 in posttranslational modification. We will check the protein ubiquitin level to indicate that glutaminase is degraded by USP14 through deubiquitylation. Finally, we will use lung cancer patients’ tissues to identify the relationship between glutaminase expression and USP14 expression, and their expression and the survival of lung cancer patients. Completion of this project will determine the molecular mechanism for glutaminase degradation in lung cancer and indicate the potential of glutaminase in diagnosis and treatment of lung cancer.

谷氨酰胺酶在肺癌细胞代谢过程中起着重要作用，它不仅促进癌细胞生长，而且能提供用于癌细胞分裂的中间底物。我们前期研究对谷氨酰胺酶在癌细胞内调节机制做了大量工作（Wang et al. 2010; Cancer Cell 18: 207-219; Xie et al. 2016, Oncotarget 7: 610-21）。但关于谷氨酰胺酶在癌细胞内被降解的分子机制仍不清楚。在酵母双杂交实验中，我们发现谷氨酰胺酶可能的结合蛋白去泛素化酶USP14。在本项目中，我们将过表达USP14或利用SiRNA降低其表达，探索USP14在蛋白翻译后修饰水平对谷氨酰胺酶的调控; 检测谷氨酰胺酶泛素化水平以阐明USP14是通过去泛素化降解谷氨酰胺酶。最后利用肺癌病人组织样本来检测USP14和谷氨酰胺酶的相互关系以及和病人生存关系。上述研究对于阐明谷氨酰胺酶在肺癌中的降解机制，明晰在肺癌诊疗中的作用具有重要意义。

乳腺癌是一种严重危害女性健康的恶性肿瘤，是全球女性的主要死因之一。乳腺癌具有细胞异常增殖和细胞周期失调的特征。在细胞周期进程中，细胞周期蛋白依赖性激酶1（CDK1）作为关键的调控激酶，可以调控细胞从G2期进入M期。然而，目前对于CDK1蛋白的降解调控机制知之甚少。USP14是一种重要的蛋白酶体相关的去泛素化酶，对维持细胞中蛋白质的稳态水平至关重要，并且USP14在癌症的发生和发展中发挥重要调控作用。在本研究中，我们发现USP14在乳腺癌细胞系中蛋白水平呈高表达，并可以促进乳腺癌细胞的增殖。此外，我们通过流式细胞仪分析细胞周期进展，发现抑制USP14的表达，可以使细胞周期阻滞在G2/M期。由于USP14是一种重要的去泛素化酶，我们采用免疫共沉淀实验技术检测了USP14与CDK1的相互作用以及USP14对CDK1泛素化水平的影响。结果表明，USP14与CDK1相互作用，并通过去除K48型连接的泛素链来稳定CDK1的蛋白水平。综上所述，我们的研究结果揭示了USP14在调控CDK1蛋白的稳定性和乳腺癌细胞周期进展中起到不可或缺的作用，提示USP14可能是治疗乳腺癌的一个潜在靶点，为乳腺癌治疗提供新策略。