端粒损伤调控辐射诱导的端粒酶活性变化机制研究

Telomerase is a useful marker for cancer diagnosis which has been detected in about 90% of all human cancers. And telomeres have been considered as the hotspots of high sensitivity to radiation damage. Radiation could induce the upregulation of telomerase activity, not only protecting damaged telomeres, but also increasing resistance to radiation, which mechanism remains unclear. Our previous studies demonstrated that radiation could activate the telomerase to repair the radiation-induced telomere damage, thereby increasing the radiation resistance. The purpose of this project is to investigate the mechanisms of telomere damage in the upregualtion of telomerase activity induced by radiation, and which DNA damage response pathways could be induced by telomere damage to regulate the recruitment and activation of telomerase to telomeres. The results of this study will not only give a comprehensive analysis on the role of telomere and telomerase in radiation resistance, but also provide clues for the enhancement of radiosensitivity by using telomere and telomerase as target in cancer radiotherapy.

端粒酶是目前已知广泛应用的肿瘤分子标志物，在许多肿瘤细胞中都有较高的表达，而端粒是放射损伤的敏感位点。射线能够提高许多类型的肿瘤细胞端粒酶活性，这种端粒酶活性提升不仅能够修复受损的端粒，而且在肿瘤辐射抗性中起到重要作用，但是辐射诱导端粒酶活性升高机制尚不明确。我们的前期研究显示辐射对端粒造成的损伤会在一定程度上激活端粒酶对其进行修复，进而提高辐射抗性。本研究将从端粒结构和功能出发，研究辐射对端粒DNA结构及端粒相关蛋白功能造成的损伤，分析端粒结构与功能变化对端粒酶在端粒区的募集及活性调节，以及端粒损伤调控DNA损伤应答进而调控端粒酶活性的机制，明确端粒酶修复端粒损伤调控肿瘤辐射抗性的作用。研究结果对于阐明端粒/端粒酶在辐射抗性中的作用以及利用端粒/端粒酶作为靶点实现放疗增敏具有一定的科学意义。

端粒和端粒酶在抗肿瘤治疗中是极具吸引力的治疗靶点。然而，放疗过程中射线，端粒酶活性及端粒结构对辐射敏感性的影响机制尚不清楚。本项目利用γ射线，以细胞凋亡、DNA双链断裂、染色体结构紊乱等为生物学终点，结合RNA干扰、免疫荧光共定位等技术，深入研究了端粒酶活性与端粒相关蛋白在辐射敏感性中的作用及二者之间的相互关系。结果发现端粒酶催化亚基（hTERT）和端粒保护蛋白1（POT1）是辐射诱导的端粒DNA损伤修复的关键调控因子，通过RNA干扰hTERT或POT1的表达可增加辐射诱导的端粒损伤、细胞凋亡率及染色体异常。此外，敲低POT1后，结合到端粒上的端粒酶减少，表明POT1对于端粒酶在端粒上的募集起到重要的调节作用；而敲低hTERT后，只在蛋白总体水平上影响POT1的表达，而并没有增加端粒上结合的POT1水平。这些结果揭示了hTERT和POT1在调节端粒辐射损伤方面具有协同作用。另外，我们还进一步表明，用端粒酶抑制剂和POT1蛋白抑制剂预处理肿瘤细胞可以进一步提高放射敏感性，这表明端粒酶和POT1抑制剂联合治疗可能成为提高肿瘤放疗中辐射增敏的一种新策略。