ATRX信号传导通路在肿瘤发生中的作用及其机制研究

The chromatin remodeling protein ATRX (α thalassaemia/mental retardation X-linked) has emerged as a key player in chromatin structure maintenance and gene transcription regulation, but its role in tumorigenesis is poorly understood. In our former studies, we identified frequent mutations in ATRX in several types of human tumors including gliomas and pancreatic neuroendocrine tumors. We further found that these mutations have a perfect correlation with the alternative lengthening of telomere (ALT) mechanism. In addition, ATRX mutations lead to extensive gene expression disruptions in tumor cells. In this study, we will set up ATRX knockout cell lines and determine whehter ATRX mutation is sufficient to induce ALT mechanism. We will also study whether the cell type or other genetic variations could change the ATRX-ALT correlation, and its effect on tumorigenesis. Meanwhile, we will study how ATRX mutations disrupt gene expressions and how these disregulation contribute to tumorigenesis. Finally, we will screen for synthetic lethal partners of ATRX mutations with barcoded shRNA screening method. We will validate the candidates to provides clues for targeted therapy againt ATRX mutant tumor cells.

染色质重塑蛋白ATRX在染色质结构维护，基因转录调控等方面起到重要作用，但其在肿瘤发生中的作用尚不清楚。在前期研究中，申请人首次在胰腺内分泌瘤，脑胶质瘤等多种肿瘤中发现高频的ATRX突变,这些突变与端粒替代延长机制（ALT）均有密切的关联，并可导致肿瘤细胞广泛的基因表达异常。基于申请人以上前期工作,本课题将在基因敲除细胞系水平上，研究ATRX突变是否可以独立诱发ALT机制，诱发过程是否受细胞组织来源和其他基因突变的影响，以及诱发ALT机制对肿瘤发生的作用。同时，我们将研究ATRX突变对下游基因的表达水平的改变，并通过功能实验研究下游基因表达水平改变在肿瘤发生中的作用。我们还将使用shRNA文库筛选方法，寻找与ATRX突变有合成致死关系的基因，为针对ATRX突变型癌细胞的靶向治疗提供可能的线索。

基于基因敲除、合成致死筛选、基因组测序等技术，我们的研究获得以下发现：我们建立了ATRX敲除细胞系，并研究了其诱发端粒替代延长（ALT）机制的能力。通过对多种ALT阳性ATRX野生型的肿瘤和细胞系的基因组研究，我们发现了新ALT相关基因SMARCAL1，并在细胞系水平进一步证明了敲除SMARCAL1可诱发ALT表型。基于CRISPR-Cas9的合成致死筛选技术，我们发现了包括WEE1在内的58个ATRX合成致死基因，WEE1已有通过II期临床试验的抑制剂AZD1775；我们在细胞水平和动物水平均证明AZD1775对ATRX突变型肿瘤细胞特异性的抑制作用；该药物可以通过血脑屏障，有望成为ATRX突变型胶质瘤的治疗药物。