Wnt信号通路中β-catenin及其细胞核内共激活因子复合物的结构生物学研究

Hyperactivation of the canonical Wnt/β-catenin signaling pathway can cause many types of cancers. β-catenin is the central effector of this signaling pathway, and its upregulation is a driving factor for these cancers. In the nucleus, many coactivators interact with β-catenin, activating transcription of downstream tumor-promoting factors such as cyclin-D and c-Myc. Forhead box protein M1 type (FoxM1) and PCNA-associated factor (PAF) are two β-catenin-specific transcriptional coactivators. FoxM1 promotes β-catenin nuclear localization and induces expression of Wnt responsive genes, and is overexpressed in many cancer types, including glioma. As to PAF, it is specifically expressed in colon cancer and intestine stem cells. Because formations of β-catenin-FoxM1 and β-catenin-PAF complex are critical events downstream of Wnt/β-catenin signaling pathway, which play vital roles in tumorigenesis and metastasis of many cancers, we embark on investigating the interactions between β-catenin and FoxM1/PAF employing structural biological methods. We aim to elucidate the molecular mechanism of tumorigenicity and try to provide novel insights into the therapy of human cancers.

Wnt/β-catenin信号通路的过度激活会导致许多癌症的发生。β-catenin是该通路上的中心效应分子，它的表达上调是这些癌症发生的驱动因素。在细胞核内，多种共激活因子与β-catenin相互作用，共同激活下游肿瘤促进因子如cyclin-D和c-Myc的转录，其中M1型叉头框蛋白（FoxM1）和PCNA相关因子（PAF）就是其中两个。FoxM1促进β-catenin在细胞核内的定位，并可以促进Wnt应激基因的表达，在人类的多种肿瘤（比如神经胶质瘤）中都有过表达。PAF则在结直肠癌和肠干细胞中特异表达。因为β-catenin-FoxM1和β-catenin-PAF复合体的形成是Wnt/β-catenin下游的重要事件，对肿瘤的发生及恶化起重要作用，我们计划对它们开展结构生物学研究，以便阐释相关癌症的发生机理，并为人类癌症治疗提供新的思路。

经典的Wnt/β-catenin信号通路在胚胎发育，干细胞调控等多种生命过程中起重要作用。该通路的失调与许多疾病特别是癌症的发生相关联。β-catenin是Wnt信号通路上的中心效应分子。在Wnt信号存在时，β-catenin能够在细胞质内聚集，然后进入细胞核，通过与转录因子TCF/Lef相互作用，促进Wnt应激基因表达，引起细胞增殖。这一过程需要多种β-catenin转录共激活因子的参与。目前已有多种转录共激活因子被报道，我们感兴趣的两个是FoxM1和CDC73。FoxM1能够促进β-catenin的核内聚集和核内转录复合体的形成。CDC73能够与β-catenin的C端结合，招募Paf1复合体，促进RNA聚合酶Pol II引导的转录延伸过程。此外，CDC73的基因突变与一种常染色体主导的遗传病甲状旁腺机能亢进症-颌骨肿瘤综合征（HPT-JT）相关。本工作对FoxM1与β-catenin的相互作用做了深入研究，利用融合蛋白的策略得到了性质良好的复合物样品。对于CDC73，我们发现CDC73的N端能够被trypsin降解出一个100个残基左右大小的稳定片段，该部分包含了病人身上已知的致病性错义点突变，命名为hCDC73-NTD。我们成功解析了该部分的晶体结构，阐明了已知致病性点突变诱发HPT-JT的分子机理。此外，我们得到了N端与β-catenin的相互作用部分的可溶性表达蛋白，对复合物的制备做了初步摸索。