Gadd45a剪切异构体的产生机制及其致肿瘤作用的研究

Gadd45a is a important cell cycle checkpoint protein and cancer inhibitor induced by stress signaling including physiological and environmental stress. Our previous studies show that arsenic induces generation of a new alternatively spliced Gadd45a isoform (sG45a) with lower molecular weight than wild-type Gadd45a, and demonstrated that sG45a antagonizes wild-type Gadd45a in G2/M phase arrest. The central hypothesis is that sG45a may be one of the key roles in arsenic-induced carcinogenesis. In this proposal, we will pursue three specific aims by using both cellular and experimental animal models: (1) determine how arsenic induces alternative splicing of the GADD45a pre-mRNA, which generates the sG45a isoform; (2) test the hypothesis that arsenic-induced sG45a antagonizes the normal function of the wild-type GADD45a through affecting the binding of the wild-type GADD45a to its partner proteins; (3) study the tumorigenic effect of arsenic-induced sG45a by overexpression of this isoform in bronchial epithelial cells in both cell culture and inoculation of these cells in nude mice. At the completion of these specific aims, we expect to have determined how arsenic induces generation of the sG45a that mediates the carcinogenic effect of arsenic, as well as provide important experimental information for new cancer tharapy.

Gadd45a 是一种细胞应激状态下诱生的非常重要的细胞周期调控(checkpoint)和肿瘤抑制蛋白。我们以前的研究发现，砷可诱导细胞发生氧化应激，使细胞中Gadd45a pre-mRNA发生异常剪切，产生一个分子量(14.6kD)略小于野生型Gadd45a(18.3kD)的剪切异构体(sG45a)。共转染研究发现，sG45a可以部分拮抗野生型Gadd45a对细胞周期的阻滞作用。由于砷的致癌机理未明，我们推测sG45a可能与砷的致癌机理有关。 本项目将应用分子生物学、细胞生物学以及免疫学等技术探索Gadd45a pre-mRNA发生异常剪切的机制，分析与sG45a相互作用的信号分子，检测sG45a与野生型Gadd45a的结合，并在细胞和动物水平观察sG45a可能的致癌作用。本项目将揭示sG45a的诱生机制及其生物学作用，以研究砷的致癌机理，为探寻治疗肿瘤的新途径提供实验依据。

Gadd45a 是一种细胞应激状态下诱生的重要的细胞周期调控蛋白。我们以前的研究发现，砷处理可诱导细胞 Gadd45a pre-mRNA 发生异常剪切，产生删除2号外显子的剪切异构体(sG45a)。本项目利用细胞模型研究表明，砷通过诱生 O2-，H2O2 和 -OH 三种 ROS 分子，氧化剪切复合体中的还原型 SMN 蛋白为氧化型 SMN 蛋白，使 SMN 蛋白灭活，从而影响剪切复合体的装配，导致 Gadd45a 发生异常剪切、形成剪切异构体 sG45a 。进一步研究证实剪切异构体 sG45a 与野生型 Gadd45a 的在亚细胞分布以及功能上的差别，与 14-3-3 蛋白分子同 sG45a 具有更强的结合力及相互作用有关。本项目初步阐明了剪切异构体 sG45a 的产生及其与野生型 Gadd45a 具有不同亚细胞分布和功能差异的分子机制，有助于了解应急状态下细胞周期调控的新机理，进一步揭示砷导致的细胞毒和致肿瘤作用的原因。