精氨酸甲基转移酶PRMT7的自甲基化修饰在乳腺癌侵袭和转移中的作用机制研究

Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT) plays a pivotal role in embryogenesis, neuron differentiation and cancer invasion and metastasis. The protein arginine methyltransferase-7 (PRMT7) belonging to Class II PRMTs, is an important epigenetic modifier involved in various biological events. The effects of self-modifications of the protein methyltransferases have attracted enormous research interest in recent years; however, how these modifications influence the function of methyltransferases in cancer development and metastasis have not been reported to date. In earlier studies, we identified that PRMT7 can induce EMT and promote migration and metastasis in human breast cancer cells, and the self-methylation of PRMT7 is essential to its function. In this study, we intend to elucidate the molecular mechanisms of PRMT7 self-methylation that modulates its function in inducing EMT in MCF10A breast epithelial cells, as well as in controlling breast cancer invasion and metastasis, at both cellular and animal levels. This study will provide further insights into the mechanisms of the effects of self-methylation of protein methyltransferases on their functions. Perspectively, data arising from this study may also be valuable in the exploration of PRMT7 as a therapeutic target for breast cancer.

上皮-间质细胞转换（EMT）在胚胎发育、神经管分化发育、癌症浸润和转移等生理和病理过程中起重要的作用。PRMT7是精氨酸甲基转移酶家族II成员，是重要的表观修饰酶。近年来甲基转移酶的自翻译后修饰影响其功能的研究受到广泛关注。但这种修饰如何在癌症的发生发展及侵袭转移过程中发挥作用目前还没有报道。我们的前期工作发现PRMT7能诱导乳腺癌细胞发生EMT并促进乳腺癌的转移，在此过程中PRMT7受到自甲基化修饰，且这一修饰对于其诱导乳腺癌细胞的侵袭转移至关重要。本项目拟在以上工作基础上，在细胞和分子水平上阐明PRMT7的自甲基化在其所诱导MCF10A细胞发生EMT中的作用机制。同时在整体动物水平上确定PRMT7自甲基化修饰在乳腺癌浸润转移中的作用。本研究对深入阐明精氨酸甲基转移酶的自身翻译后修饰与其功能的关系具有重要参考价值。同时也为探索利用PRMT7作为乳腺癌治疗的靶标提供理论和实验基础。

精氨酸甲基化是一种普遍存在的翻译后修饰，由蛋白精氨酸甲基转移酶（Protein Arginine Methyltransferases，PRMTs）催化，将甲基基团从甲基供体（S-腺苷甲硫氨酸）上转移到精氨酸残基胍基的氮原子上。蛋白质精氨酸甲基化修饰可以激活或抑制基因的转录；参与细胞信号转导、细胞代谢、蛋白质稳定性和DNA损伤修复等过程。近些年的研究表明，异常的精氨酸甲基化修饰与多种疾病密切相关，特别是癌症。 .PRMT7是发现较晚的PRMTs家族成员，在基因组印记、DNA损伤应答以及细胞分化等过程中发挥着重要的作用。我们以前的研究工作发现，PRMT7在恶性程度高的乳腺癌组织和高转移的乳腺癌细胞中高表达。上调的PRMT7增加了E-cadherin启动子处抑制基因表达的H4R3me2s修饰水平；降低了激活基因表达的H3K4me3修饰水平，抑制E-cadherin的表达导致乳腺癌细胞发生上皮细胞间质细胞转换，促进乳腺癌的转移。 .在本课题的研究中，我们发现PRMT7的第531位精氨酸在体外和体内均可以发生自甲基化修饰；PRMT7的自甲基化修饰对于PRMT7所介导的EMT及乳腺癌细胞的迁移和侵袭是必须的；利用CRISPR/Cas9技术敲除PRMT7后，细胞的迁移和侵袭能力明显下降，然而再外源过表达野生型的PRMT7恢复了细胞的迁移和侵袭能力；小鼠肺转移实验证实，PRMT7(WT)同PRMT7(R531K)相比，明显地促进了乳腺癌细胞MCF7的远端转移；免疫组化实验显示高表达的甲基化的PRMT7与临床的乳腺癌样本具有正相关性。另外，PRMT7的自甲基化修饰增强了PRMT7与转录因子YY1之间的相互作用，从而增加了PRMT7到E-cadherin启动子处的招募，导致H4R3me2s水平升高，H3K4me3水平降低,并抑制E-cadherin的表达。综上，我们发现了PRMT7蛋白的一种新的翻译后修饰-自甲基化修饰，这种自甲基化修饰与乳腺癌转移密切相关。该研究为以PRMT7作为乳腺癌治疗的新靶标提供了新的理论基础和实验依据。