癌基因PLGAL2和POFUT1共享的双向启动子区域鉴定及二者协同调控结直肠癌转移的作用机制研究

Although both oncogene PLGAL2 and POFUT1 were implicated in cancer metastasis, the molecular mechanism underlying the overexpression of PLGAL2 and POFUT1 in cancer metastasis remains unclear. In our previous study, we found that both PLGAL2 and POFUT1 are the target genes of miR-133b, and both of them were overexpressed in colorectal cancer and showed a highly correlated with each other. Furthermore, we found that PLGAL2 and POFUT1 may share a unique bidirectional promoter. And the transcriptional factor TFAP2C could regulated PLGAL2 and POFUT1 expression positively. Based on above results, we hypothesize that PLGAL2 and POFUT1 share a unique bidirectional promoter, and TFAP2C can directly transactivate PLGAL2 and POFUT1 expression by binding on the PLGAL2-POFUT1 bidirectional promoter. Besides, PLGAL2 and POFUT1 can promote colorectal cancer metastasis by activating Wnt/β-catenin and Notch pathway, and miR-133b function as crosstalk between Wnt/β-catenin and Notch pathway by ceRNA network. In the present study, we will identify and characterize the bidirectional promoter of the PLGAL2 and POFUT1 gene pair at first, and then investigate the transcriptional regulatory mechanism of TFAP2C on PLGAL2 and POFUT1. Finally, we will explore the molecular mechanism underlying the overexpression of PLGAL2 and POFUT1 in colorectal cancer metastasis. The implementation of this study not only enriches the theory of molecular oncology, but also provides a promising new target for cancer gene therapy.

癌基因PLGAL2和POFUT1已被分别证实与肿瘤转移密切相关，但二者共同调控肿瘤转移的作用机制尚无人研究。我们在上一课题中发现二者是抑癌分子miR-133b的靶基因，在结直肠癌中同时异常高表达；进一步分析发现二者可能共享双向启动子，且转录因子TFAP2C可同时正向调控二者表达水平。基于以上结果，课题组提出如下科学假说：PLGAL2和POFUT1共享双向启动子，TFAP2C通过结合双向启动子同时激活二者转录；PLGAL2和POFUT1通过互为ceRNA交联激活Wnt/β-catenin和Notch通路促进结直肠癌转移。课题组将通过多种分子肿瘤学技术鉴定该双向启动子，并验证TFAP2C对该双基因转录单元的直接转录激活效应，进而阐明PLGAL2和POFUT1对结直肠癌转移的协同调控机制。因双向启动子能同时调控双基因高效表达，故该研究既丰富了分子肿瘤学理论，又为肿瘤基因治疗提供极具潜力的新靶点。

探索结直肠癌发生发展的分子机制，寻找早期诊断和高效治疗结直肠癌的新靶标，已成为亟待解决的科学问题、临床问题和社会问题。在国家自然科学基金等的资助下，本项目延续上一个国自课题，对癌基因PLGAL2和POFUT1在结直肠癌中的表达调控机制和分子作用机制进行了深入的研究，并取得了一系列重要的创新性成果：1）从DNA水平和转录后水平两个层面揭示了癌基因PLGAL2在结直肠癌中高表达的分子机制：①DNA拷贝数变异（CNV）上调PLGAL2的表达；②miR-486-5p低表达上调PLGAL2的表达；③HuR通过稳定PLGAL2的mRNA上调PLGAL2的表达。2）从调控细胞周期、凋亡、上皮间质转化（EMT）、干性等多个方面揭示了癌基因PLGAL2和POFUT1促进结直肠癌发生发展的分子机制：①PLAGL2通过转录性调控Wnt6激活Wnt/β-catenin信号通路，促进结直肠癌的细胞周期和转移；②POFUT1通过激活Notch 1信号通路，影响增殖相关蛋白（P53、c-Myc和CCND1）、凋亡相关蛋白（Bcl-2和Bax）和EMT相关蛋白（E-cadherin和Vimentin）的表达，促进结直肠癌的细胞周期和EMT，抑制细胞凋亡；③PLAGL2 3'-UTR通过上调c-Myc和CD44的表达，促进结直肠癌的转移。在此基础上，本项目进一步揭示了癌基因PLGAL2和POFUT1在结直肠癌中共表达的调控机制和协同维持肿瘤细胞干性的分子机制：1）PLGAL2和POFUT1的共表达由一个进化保守的双向启动子调控，而不是通过其3'-UTR介导的ceRNA机制；2）PLAGL2和POFUT1分别通过Wnt和Notch信号通路维持结直肠癌细胞的干性，协同促进结直肠癌的发生发展；3）鉴定了PLGAL2和POFUT1共享的双向启动子的转录因子结合位点，并证实了该位点的突变可同时降低PLGAL2和POFUT1的DNA转录活性，进而导致两个基因的表达下调。综上所述，本项目不仅丰富了结直肠癌的分子肿瘤学理论，还为结直肠癌的靶向治疗提供了极具潜力的新靶点和新策略，即通过靶向PLGAL2和POFUT1共享的双向启动子区域或转录因子（如E2F4或TFAP2C），使二者的表达同时下调，进而发挥联合抗肿瘤作用。