PES1轴在细胞衰老和肿瘤中的作用及其机制

Cellular senescence acts as a potent barrier to tumor development. Activation or inactivation of oncogenes and tumor suppressors can induce senescence. However, what kinds of these genes regulate senescence is still poorly understood. Our preliminary study indicated that PES1, a gene with oncogenic characteristics, modulated senescence-associated telomere length, β-galactosidase activity (SA-β-gal) and expression of the tumor suppressor p53, suggesting that PES1 is a new senescence-related gene. In addition, we demonstrated that the non-coding RNA miR-X could regulate PES1 expression and SA-β-gal activity. In this study, based on these observations, we will determine the role of the miR-X/PES1 axis in senescence by analyses of cell cycle, SA-β-gal, telomere length, expression of senescence-associated effector genes and so on, define the mechanisms underlying miR-X/PES1-regulated senescence using techniques such as protein-protein interaction and chromatin immunoprecipitation, explore the relationship between miR-X/PES1-modulated senescence and tumor development by use of gene mutation analysis, cell growth assay, animal models, etc., and assess clinical significance of the miR-X/PES1 axis in cancer using techniques including qPCR and immunohistochemistry. This study will further elucidate the relationship between senescence and cancer and provide candidate target for development of novel drugs against cancer.

细胞衰老是防御肿瘤发生的一道重要屏障，癌基因或抑癌基因的异常可诱导细胞衰老，但调节衰老的这类基因及其作用机制还不甚清楚。我们的初步研究结果表明，具有癌基因特征的PES1能调节与衰老相关的端粒长度、β-半乳糖苷酶活性（SA-β-gal）和抑癌基因p53的表达，提示PES1是一新的衰老相关基因；另外，我们发现一条非编码RNA即miR-X能调节PES1表达和SA-β-gal活性。本研究拟在此基础上，利用细胞周期分析、SA-β-gal检测、端粒长度分析、衰老相关效应基因分析等确定miR-X/PES1轴对衰老的调节作用；利用蛋白间相互作用技术、ChIP等确定该轴对衰老的调节机制；利用基因突变分析、细胞生长分析、动物模型等探索miR-X/PES1轴调节衰老和肿瘤形成的关系；利用qPCR、免疫组化等检测该轴在肿瘤中的临床意义，为深入理解衰老和肿瘤的关系及开发新的抗肿瘤药物提供依据和靶标。

正常细胞由于细胞分裂导致端粒的缩短而发生衰老，而肿瘤细胞的一个重要特征是永生化，其中80-85%的肿瘤细胞通过端粒酶达到维持端粒长度的目的。端粒酶通过延伸端粒末端延缓端粒的缩短和细胞的衰老，该过程对于肿瘤发生至关重要。构成端粒酶的最小组分包括端粒酶催化亚基（TERT）和RNA亚基（TR），然而，端粒酶是如何装配的还很不清楚。已知的端粒酶装配复合物包括TERT-TR-Pontin-Reptin复合物以及TERT-TR-HSP90-p23复合物，新的装配复合物有待进一步研究确证。本研究发现肿瘤中高表达的蛋白PES1通过与TERT直接相互作用与端粒酶形成一个复合物，通过体内外实验发现PES1通过其BRCT结构域结合TERT的RT结构域。PES1能够调节多种肿瘤细胞的端粒酶活性。敲低PES1抑制端粒酶阳性肿瘤细胞的端粒长度以及细胞衰老，野生型的PES1能够回复端粒长度及细胞衰老，而缺失BRCT结构域的PES1突变体不能够回复细胞的端粒长度及细胞的衰老。PES1不调节端粒酶阴性细胞的端粒长度及细胞衰老。PES1不能结合以前报道过的端粒酶组分Reptin、Pontin、p23 和 Hsp90，提示这是一个新的复合物。PES1通过调控TERT和TR的直接结合促进端粒酶的活性，但是不改变TERT和TR的表达水平。此外，我们还鉴定了一个调节PES1表达的microRNA即miR-30a-5p，miR-30a-5p通过调节PES1的表达调节端粒酶活性、端粒长度及细胞衰老。乳腺癌中PES1的表达与miR-30a-5p负相关，与端粒酶活性正相关，与肿瘤细胞的衰老水平负相关。综上所述，我们鉴定了一个新的端粒酶复合体，靶向PES1可能为肿瘤的治疗带来新的策略。