α-catenin在肝癌发生发展中的生物学功能及分子调控机制研究

Hepatocellular carcinoma (HCC) is the third most frequent cause of cancer-related death worldwide. Defining the function of tumor suppress gene has great significance for early detection, diagnosis, treatment and prognosis of HCC. As an adheren junction (AJs) connector, α-catenin (CTNNA1) is frequently mutated in HBV-related HCC patients. We will identify the tumor suppressive role of α-catenin and related new mechanisms in liver cancer development. HCC cells transduced with α-catenin-shRNAs (or ectopic expression of α-catenin) will be studied by approaches of metabolomics and proteomics, aiming to determine significantly altered metabolites and proteins, as well as protein-α-catenin.interactions. Next, molecular biology methods and animal study will be applied to verify uncovered new signaling pathways. Then, malignant behavior such as cell proliferation, migration, invasion and tumorigenicity will be inspected of HCC cells transduced with α-catenin-shRNAs (or ectopic expression of α-catenin) with significantly changed metabolites and proteins treatment. Lastly, clinical pathological data will be analyzed to verify the mutation and expression of α-catenin in human HCC and to investigate its relevance to newly-identified signaling pathways. Taken together, this proposal will provide new insights into the role of α-catenin in HCC, which could present scientific rational of utilizing α-catenin as a biomarker for detection, treatment and prognosis in HCC.

本研究从α-catenin在肿癌组织中严重下调或缺失的临床问题出发，意在借助生物学方法和分析化学技术的交叉运用，揭示α-catenin在肝癌发生发展中的生物学功能及作用机制。利用代谢组学和蛋白质组学，在过表达或shRNA敲除α-catenin的肝癌细胞中找出差异性代谢物、蛋白质和与α-catenin相互作用蛋白，揭示α-catenin在肝癌中作用机理；借助分子生物学，验证其作用机制和信号通路；利用细胞生物学和动物模型，验证最显著变化代谢物和蛋白质对肝癌细胞的增殖、侵袭性、抗凋亡等恶性生物学行为的影响，阐明α-catenin变化在肝癌发生过程中的生物学功能。最后结合临床病理特征和数据，核实α-catenin在肝癌患者中的突变和表达变化，分析肝癌中α-catenin与本研究中新发现的信号通路的相关性。综上研究，为推进α-catenin在肝癌检测、治疗和预后中的临床转化应用提供可靠的科学依据。

本研究计划利用生物学方法和分析化学技术的交叉运用，揭示α-catenin在肝癌发生发展中的生物学功能及作用机制。首先开展了-catenin在肝癌细胞系中的生物学功能及作用机制研究。首先观察了-catenin在不同肝癌细胞系中的表达量，并构建稳定表达细胞系，其次研究了-catenin对肝癌细胞生长、黏附、迁移、侵袭、增殖、凋亡和克隆形成等的恶性生物学行为的改变。α-catenin可抑制肝癌细胞的增殖和软琼脂糖克隆形成。同时发现，过表达α-catenin降低Raf-MEK-ERK-p90RSK信号通路活性。进一步发现，无论是否血清饥饿，α-catenin都能够与β-catenin、BRAF、S6/pS-6、BRAF以及pERK相互作用，在存在BRAF的情况下，α-catenin与β-catenin的结合明显下降，而与S6/pS6、pERK的结合明显增强。另外，α-catenin过表达后，BRAF与pMEK明显降低，但pERK变化却不明显。 BRAF是肿瘤中非常关键的癌基因，α-catenin能够特异性下调BRAF的蛋白水平，基于这一实验结果，我们希望从BRAF的蛋白降解方向探索其中α-catenin可能发挥的功能。已有研究报道，BRAF能够与E3泛素连接酶FBXW7结合并被SCFFBXW7泛素化降解，因此我们在293T细胞中开展了一系列转染实验，探讨α-catenin、BRAF、FBXW7三者之间的相互关系。由结果表明α-catenin可能作为scaffolding protein能够促进FBXW7α与BRAF的结合，从而调控BRAF的稳定性以及下游信号通路。基于建立好的shRNA敲低α-catenin表达的稳定细胞进行了代谢组学分析，并发现了α-catenin影响肉碱，酰基肉碱和脂肪酸类代谢物的差异。进一步验证α-catenin与代谢酶CPT1有相互作用。 同时发现α-catenin通过与CPT1A的相互作用影响其酶活性。.综上所述，本项目首次揭示了α-catenin抑制Raf-MEK-ERK-p90RSK通路的新功能；创新性地发现了α-catenin作用于肝癌细胞内的全新作用机制；阐明了α-catenin通过FBXW7调控BRAF稳定性的机制，同时与CPT1A相互作用抑制肝癌细胞的脂肪酸氧化通路，为肝癌治疗新靶点的作用机制研究提供了新的思路。