类泛素化蛋白FAT10共价修饰增殖细胞核抗原PCNA与PCNA导致肿瘤免疫逃避的发生发展的关系研究

The ubiquitin-like protein FAT10 （human leukocyte antigen F-associated transcript 10, UBD） is uniquely expressed in mammals by the proinflammatory stimuli. The fat10 gene is encoded in the MHC class I locus in the human genome. FAT10 covalently modifies proteins and mediated substrates degradation by 26S proteasome. FAT10 is upregulated in various cancers and related to immune response, but the mechanisms of this upregulation are unclear, because biological knowledge of FAT10 is limited, owing to the lack of identification of its conjugates. We identified 175 proteins with high confidence as FATylated candidates by liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). We first identified PCNA (proliferating-cell nuclear antigen) as a substrate of FAT10. PCNA overexpression is associated with enhanced malignancy. PCNA promotes cancer survival by immune evasion through inhibition of NKp44-mediated NK cell attack. This research focuses on the FATylation of PCNA and the influence of its degradation, then, to further explore the important role of modified PCNA on promoting NK cell cytotoxicity against tumor and reveal the mechanism of the tumorigenesis and progression induced by inflammation through FAT10.

人的I类主要组织相容复合体的fat10基因编码的FAT10（human leukocyte antigen F-associated transcript 10）蛋白，是一种经过炎性因子诱导表达的类泛素蛋白。FAT10能够共价修饰底物，介导底物被26S蛋白酶体降解，并与癌症及免疫反应密切相关，但分子机制尚不清楚，因为FAT10的修饰底物鲜有发现。我们采用质谱鉴定的蛋白质组学方法，得到了175个FAT10潜在的修饰底物。细胞的表面增殖细胞核抗原PCNA (proliferating-cell nuclear antigen)是我们首次发现的FAT10的修饰底物，它能够通过抑制NKp44介导的NK细胞攻击使得肿瘤进行免疫逃避。本项目重点研究FAT10对PCNA的修饰及降解的影响，探讨其修饰PCNA促进NK细胞对肿瘤的细胞毒性功能的重要作用，揭示FAT10在炎症反应引起的肿瘤发生发展的机制。

DNA损伤可能来自机体的内在因素的作用,例如活性氧、细胞新陈代谢的副产物以及 DNA在复制过程中由于拓扑异构酶失活而导致的错配;也可能来自电离辐射(IR)、紫外光照射(UV)以及自然界中其它致癌物等外在因素的影响。DNA损伤会导致基因突变和细胞衰老。细胞发生 DNA 损伤并对其进行 精确、高效修复的机制被称为 DNA 损伤应答机制(DDR),其作用是保护机体免受 DNA 损伤造成的不利影响。增殖细胞核抗原 PCNA(proliferating cell nuclear antigen)在 DNA 损伤修复机制中起着核心作用。PCNA 作为一个稳定的“站台”, 在损伤修复过程中招募一系列与复制相关的蛋白。类泛素蛋白(ubiquitin-like proteins,UBLs),是一类与泛素类似的小蛋白家族。当复制过程中的细胞发生 DNA损伤时,包括泛素化以及类泛素化在内的多种翻译后修饰通过修饰 PCNA对 DNA 损伤修复进行调控。在前期工作中我们通过质谱鉴定确定增殖细胞核抗原(PCNA)是 FAT10 的共价修饰底物。我们通过构建FAT10在正常细胞系和肿瘤细胞系翻译后修饰体系以及DNA损伤模型，证明药物损伤和辐射损伤发生时FAT10能够共价修饰细胞核增值抗原PCNA，明确二者共定位情况；发现肿瘤细胞发生DNA损伤，FAT10能够介导PCNA被26S蛋白酶体降解；在此基础上，发现了FAT10通过参与DNA损伤修复过程影响肿瘤的发生，提示我们在DNA发生损伤中，PCNA的FATylation修饰影响其修复DNA的过程，由于损伤的DNA无法被修复而不断积累，可能造成肿瘤发生。这是国内外第一次证明FATylation 与 DNA 损伤修复显著相关，并且证明二者相关性在肿瘤组织中特异性表达。本研究的科学意义在于寻找到一种新的影响DNA损伤修复的调控方式，而这种调控方式调控癌症发生，这不仅为肿瘤临床治疗提供新的潜在marker和治疗靶点，也为衰老的生理学研究提供新的研究思路。