PTEN家族新亚型蛋白的鉴定及其功能分析

PTEN is one of the most frequently mutated genes in human cancer and the relationship between PTEN disfunction and cancer has received wide attention. Besides tumour suppression, PTEN plays an important role in a diversity of biological process including embryonic development and immunological reaction . However, the mechanism of PTEN function diversity is not fully understood. Previously, we reported the identification of new PTEN isoforms PTENα and PTENβ, and clarified PTEN directly regulates energy metabolism and rDNA transcription respectively by PTENα and PTENβ. Our preliminary experiments showed unidentified PTEN isoforms may be translationaly initiated from non-AUG codons. On that basis, we hypothesized that PTEN gene may encode isoforms with different subcellular localization and special biological functions, through which to inhibit tumor and to participate in various biological processes. In this project, targeting PTEN gene, combing protein purification and mass spectrometry analysis, we will verify the existense of previously unidentified PTEN isoforms and uncover tumor biological functions of new PTEN isoforms. Results of this project will have important implications to enrich PTEN family members, uncover novel mechanisms of PTEN to suppress tumour.

PTEN是人类肿瘤中突变率最高的抑癌基因之一，其功能异常与肿瘤的关系是目前肿瘤研究的重要课题。除了抑制肿瘤，PTEN还广泛的参与胚胎发育、免疫反应等多种生物学过程。然而PTEN抑制肿瘤以及其功能多样性的具体信号机制并不完全清楚。本课题组前期先后鉴定了PTEN基因编码的新亚型蛋白PTENα和PTENβ,并首次明确PTEN基因分别通过PTENα和PTENβ蛋白直接调控线粒体能量代谢和rDNA 转录。申请者预实验发现，PTEN基因可能通过非AUG密码子起始编码多种未知亚型蛋白，因此提出如下假说：PTEN基因可编码多种具有不同亚细胞定位和特殊生物学功能的亚型蛋白，以发挥抑制肿瘤的功能和参与多种生物学过程。为此，本项目拟以PTEN基因为靶点，通过内、外源蛋白纯化结合质谱检测鉴定PTEN未知亚型蛋白，并揭示其肿瘤生物学功能。本研究成果将对丰富PTEN家族成员组成、阐明PTEN抑癌新机制具有重要意义。

PTEN基因功能异常与肿瘤的发生和发展密切相关。除了抑制肿瘤，PTEN还广泛参与胚胎发育等多种生物学过程。然而，PTEN抑制肿瘤及其功能多样性的具体机制并不完全清楚。本课题组前期鉴定了PTEN基因编码的新亚型蛋白PTENα和PTENβ，并首次明确PTEN基因可通过PTENα和PTENβ蛋白直接调控线粒体能量代谢和rDNA转录，这说明PTEN基因可通过编码新蛋白执行多样性功能。因而，揭示PTEN家族新成员、阐明PTEN基因抑癌新机制具有重要意义。本项目对PTEN家族新亚型蛋白的组成及其生物学功能进行了深入探索，我们鉴定了3种全新的PTEN家族新蛋白，分别将其命名为PTENγ，PTENδ和PTENε，并进一步揭示了每一种新亚型蛋白的生物学功能及相关机制。此外，我们发现PTEN家族还具有非蛋白质成员，我们鉴定了一种PTEN基因来源的环状RNA，命名为circPTEN1，研究揭示circPTEN1发挥抑制结直肠癌侵袭和转移的重要功能。.PTENε蛋白的鉴定及其调控肿瘤进展的研究成果发表于EMBO JOURNAL；circPTEN1的鉴定及其调控结直肠癌侵袭和转移功能的相关研究成果近期被Molecular Cancer正式接收；PTENγ和PTENδ相关成果目前处于投稿阶段。PTEN家族新蛋白以及circPTEN1的研究成果提交申请并受理了4项国家发明专利。PTEN基因新功能相关研究成果获“中华医学科技奖”二等奖。此外依托于本项目研究成果，项目负责人入选中国科协青年托举工程项目。主要研究成果及意义如下：（1）我们鉴定了PTEN家族新亚型蛋白PTENγ，PTENδ和PTENε，这丰富了PTEN基因家族成员组成。（2）我们揭示了PTEN家族新蛋白的生物学功能：PTENγ维持端粒完整性；PTENδ调节神经元功能；PTENε调节丝状伪足形成，这丰富了PTEN基因新功能。（3）我们阐明了PTEN家族新蛋白发挥功能的分子机制，为PTEN基因发挥多样性功能提供了分子基础。（4）我们鉴定了PTEN基因来源的环状RNA，circPTEN1，这为PTEN基因研究提供了新的方向。（5）我们揭示了circPTEN1抑制Smad复合物的形成，进而调控结直肠癌侵袭、转移的重要功能。这些发现丰富了PTEN家族的成员组成，为进一步理解PTEN的功能多样性提供了新的思路，并为肿瘤治疗提供了新的靶点。