PAK4调控TM4SF1糖基化促进ER+乳腺癌侵袭转移的机制

The mechanism of the estrogen receptor (ER)-positive breast cancer-associated invasion and metastasis is poorly understood. We aimed to explore the roles of p21-activated kinase 4 (PAK4) in regulating downstream important target genes in ER-positive breast cancer. Our previous researches show that in estrogen receptor α-positive breast cancer, nuclear p21-activated kinase 4 (nPAK4) is a novel repressor of ERα-mediated transactivation in a 17β-estradiol (E2)-dependent manner and screening nPAK4-mediated downstream target gene Transmembrane-4 L-six family member-1 (TM4SF1), an N-glycoprotein implicated in tumor invasion and metastasis, by high-throughput sequencing assay and bioinformatics analysis. First, according to in vitro experiments, PAK4 overexpression increased the level of Glyco-TM4SF1 proteins, While, Loss of PAK4 repressed Glyco-TM4SF1 proteins expression. Second, we found that the relative abundance of PAK4 and TM4SF1 up-regulated very significantly in a panel of human breast cancer tissues. Finally, PAK4 was a novel interacting partner of Glyco-TM4SF1 and the co-localization under the cell membrane was confirmed in MCF-7 cell lines. We hope to uncover a potential tumor invasion and metastasis function of PAK4/TM4SF1 signaling in ER+ breast cancer and establish PAK4 up-regulation as a mechanism of malignant transformation.

雌激素受体阳性（ER+）乳腺癌侵袭转移发生机制尚不清楚。本课题主要通过对P21活化激酶4（PAK4）生物学功能的研究来揭示ER+乳腺癌侵袭转移的分子机制。前期研究发现核PAK4能够以雌激素依赖的方式负性调控ERα转录活性，高通量测序技术和生物信息学分析筛选到PAK4调控的下游靶基因跨膜4L6家族蛋白1（TM4SF1）。TM4SF1是与肿瘤侵袭转移相关的N-连接糖基化膜蛋白。首先，体外实验证实PAK4表达增高能够促进TM4SF1糖基化（Glyco-TM4SF1）蛋白表达，而敲除PAK4则抑制了Glyco-TM4SF1蛋白表达。其次，我们发现PAK4和Glyco-TM4SF1在人乳腺癌组织中表达明显增高。最后，PAK4是新的TM4SF1相互作用蛋白，共定位于细胞质膜下。我们希望揭示PAK4/TM4SF1信号通路在ER+乳腺癌中促进侵袭转移的机制，明确PAK4表达增高是ER+乳腺癌恶性转化标志。

乳腺癌（BCa）是全球女性癌症死亡的主要原因。中国癌症的健康负担日益加重，每年有160多万人确诊，120万人死于癌症。乳腺癌现在是中国女性最常见的癌症；中国的病例占全球所有新诊断乳腺癌的12.2%，占所有乳腺癌死亡病例的9.6%。乳腺癌是分子水平上高度异质性的恶性肿瘤。临床上发现组织学类型和病理分期相同的患者，在临床表现，治疗反应性和预后等方面有相当大的差异，其原因在于乳腺癌存在不同的分子分型。.本项目自2019年立题，在国家自然基金委的资助下，按照原计划开展了一系列关于PAK4和TM4SF1信号通路的调控研究工作。我们首先证实了PAK4能够与TM4SF1发生相互作用，并共定位于细胞膜。PAK4通过抑制泛素-蛋白酶体信号通路稳定核心TM4SF1和糖基化TM4SF1蛋白表达；然后，利用稳定表达的TM4SF1乳腺癌细胞系进行一系列的功能实验，我们发现TM4SF1表达能够促进乳腺肿瘤细胞的增殖和迁移能力，而敲除了TM4SF1表达明显抑制了肿瘤细胞的增殖和迁移；我们利用小动物活体成像，进一步深入探讨PAK4调控TM4SF1发生恶性增殖和侵袭转移的功能，结果发现TM4SF1促进乳腺癌发生增殖和转移能力与PAK4表达相关。.综上所述，我们的研究发现PAK4通过抑制TM4SF1泛素化-蛋白酶体通路，促进核心TM4SF1和糖基化TM4SF1蛋白在乳腺癌细胞中的堆积。TM4SF1表达能够促进乳腺肿瘤细胞的增殖和迁移。体内实验证实，TM4SF1通过PAK4的调控作用来参与乳腺肿瘤的恶性转化。这些结果丰富了PAK4/TM4SF1信号通路的作用机制，并为我们扩展了PAK4在肿瘤发展过程中能够维持癌基因的蛋白稳定性的生物学功能。