hMTERF3经线粒体途径对肿瘤细胞增殖、凋亡及放化疗敏感性影响的机制研究

Mitochondria have relevant with tumor occurrence, development and drug resistance. Energy metabolism of tumor cells have close relationship with the mitochondrial dysfunction, and mitochondria as a tumor threphy target is an ideal choice. Human mitochondrial transcription termination factor 3 (hMTERF3) is a negative regulator which modulate mitochondrial gene expression and energy metabolism, but there are few studies of hMTERF3 in the cancer research. Our previous study have demostrated that hMTERF3 was high expression in different tumor tissues, and the positive expression rate was increased. This study firstly constuct the stable transfected HeLa cell line by hMTERF3 overexpression or RNAi vector, to observe the effect of hMTERF3 on mitochondrial gene expression and oxidative phosphorylation activity, and further explore its mechanism of effect on the cell cycle, cell proliferation, and cell apoptosis; Its sensitivity to apoptosis induced by ionizing radiation and chemotherapy drugs detected by transplantation tumor experiment on the naked mice; in vivo transfection of hMTERF3 on the proliferation and apoptosis of transplanted tumor was also determined. This research provides the experimental basis and theoretical basis of comprehensive treatment of the hMTERF3 gene therapy combined with radiotherapy and chemotherapy for clinical research.

线粒体与肿瘤的发生、发展和耐药性的产生等过程有关。肿瘤细胞能量代谢异常与线粒体功能障碍有密切的关系，线粒体作为肿瘤治疗的靶向细胞器是一种理想的选择。人线粒体转录终止因子3（hMTERF3）是近年发现的一个新的线粒体基因表达和能量代谢的负调控因子。我们前期的研究证实不同肿瘤组织中hMTERF3呈现高表达，且表达阳性率增高。本研究首先通过体外通过构建过表达或RNAi抑制hMTERF3的稳定转染HeLa细胞系，观察hMTERF3对线粒体基因表达和氧化磷酸化活性的调节，进一步探讨其对肿瘤细胞周期、细胞增殖和细胞凋亡的影响机制；体内通过裸鼠移植瘤实验检测其对电离辐射和化疗药物诱导的细胞凋亡的敏感性，动物体内转染研究hMTERF3对移植瘤增殖和凋亡的影响。本研究为临床开展以hMTERF3为靶点的基因治疗与放化疗相结合的综合治疗提供前期实验基础和理论依据。

线粒体与肿瘤的发生、发展和耐药性的产生等过程有关。本项目旨在观察MTERF3对线粒体基因表达和氧化磷酸化活性的调节，探讨其对肿瘤细胞周期、细胞增殖和细胞凋亡的影响；体内通过裸鼠移植瘤实验检测其对电离辐射和化疗药物诱导的细胞凋亡的敏感性。本研究为临床开展以hMTERF3为靶点的基因治疗与放化疗相结合的综合治疗提供实验基础和理论依据。项目于2016年立项，经过4年的努力，主要取得以下的研究结果：(1) hMTERF3蛋白和mRNA在不同类型肿瘤组织（脑胶质瘤、乳腺癌、非小细胞肺癌及宫颈癌）和不同肿瘤细胞株中均显著高表达于对应的正常组织和细胞，且hMTERF3蛋白定位于细胞质的线粒体。(2)免疫共沉淀实验结果显示，宫颈癌HeLa细胞内hMTERF3与MTERF1和MTERF2之间存在相互作用，但与TEFM蛋白之间无相互作用。(3) hMTERF3 基因的过表达负调控线粒体编码基因的mRNA 水平，但线粒体编码蛋白水平无明显下降；而敲低hMTERF3后线粒体蛋白翻译水平显著下降。(4)过表达hMTERF3的HeLa细胞线粒体呼吸链复合体相对酶活性以及线粒体跨膜电位上升；细胞内ATP含量上升，ROS显著下降。RNAi稳定敲低hMTERF3的HeLa细胞ATP含量下降，ROS显著上升。(5) 稳定过表达hMTERF3的HeLa细胞增殖能力增加，同时HeLa细胞的克隆形成能力、迁移能力和侵袭能力均显著增加。下调hMTERF3表达的宫颈癌HeLa细胞的增殖能力、克隆形成能力、迁移能力和侵袭能力均有所下降，且出现细胞周期阻滞，细胞凋亡率显著增加。(6) 裸鼠体内成瘤结果表明，稳定过表达hMTERF3的HeLa细胞体内成瘤率上升，敲低hMTERF3表达的HeLa细胞体内成瘤率显著下降。(7) X线放疗照射可上调hMTERF3表达，细胞内过表达hMTERF3可抑制照射后的细胞凋亡，敲低hMTERF3表达的肿瘤细胞凋亡增加，对放疗的敏感性增加。(8) 动物体内研究表明，高表达hMTERF3的HeLa细胞对化疗药物喜树碱不敏感，敲低hMTERF3表达的HeLa细胞对喜树碱化疗的敏感性增加。本项目为后续深入研究线粒体基因表达与肿瘤能量代谢及放化疗敏感性的关系奠定了基础。项目共发表研究论文28篇，其中3篇SCI，6篇中文核心期刊。培养硕士研究生5名，毕业硕士生2名，已完成预期的研究任务。