内向整流钾离子通道Kir2.1在髓母细胞瘤干细胞侵袭转移中的作用及其机制研究

The invasion and metastasis are the most important causes of death in medulloblastoma (MB) patients, but the underlying molecular mechanisms are unclear. Previously, we isolated and characterized MB stem cells, and found that the cells possess high ability of invasion and metastasis. By using the gene expression microarray, we found that the inward rectifier potassium channel Kir2.1 is highly expressed in MB stem cells compared with differentiated cells. The expression level of Kir2.1 was associated with stem-like features and abilities of invasion and metastasis in an ion channel-independent manner. Bioinformatics revealed that PDZ-binding motif of Kir2.1 may interact with CASK. CASK can target and enhance the expression of Reelin, an activator of PI3K/Akt signaling pathway. Therefore, we hypothesize that Kir2.1 expressed in MB can interact with CASK and enhance the expression of Reelin. Reelin further activates the PI3K/Akt pathway which promotes the invasion and metastasis of MB. In this study, we plan to demonstrate this hypothesis by employing MB stem cells and clinical samples as materials, and using a series of methods, such as qPCR, RNAi, Western blotting, Co-IP, flow cytometry and performing a series of experiments in vitro and in vivo. It would contribute to understanding the mechanism of invasion and metastasis of MB and could provide new targets for treatment of MB.

侵袭转移是髓母细胞瘤（髓母）患者最重要的死亡原因，但其分子机制不清。我们前期分离鉴定出髓母干细胞，发现其具有高侵袭转移特性。经基因表达谱芯片分析发现，内向整流钾离子通道Kir2.1在髓母干细胞中高表达，且与髓母干细胞干性特征及侵袭转移特性密切相关，但不依赖其离子通道功能。生物信息学分析表明Kir2.1可能与CASK相互作用，后者可促进Reelin的表达，而Reelin能激活PI3K/Akt信号通路。因此，我们推测Kir2.1可能通过与CASK相互作用而促进Reelin的表达，继而激活PI3K/Akt信号通路而最终促进髓母的侵袭和转移。本项目拟用髓母干细胞及临床标本为材料，采用qPCR、RNAi、Western blot、Co-IP、流式细胞术和免疫组化等方法技术，实施一系列体内、外实验证明这一假设，有望丰富和加深对髓母侵袭转移机制的认识，并为髓母的治疗提供新思路和新靶标。

髓母细胞瘤（MB）是小儿最常见的恶性脑肿瘤，侵袭转移是导致髓母患者死亡最主要的原因，但是其分子机制并不清楚。钾离子通道是细胞膜上种类最多、分布最广的一类离子通道，肿瘤细胞膜上钾离子通道的研究已成为新的热点，本研究旨在揭示内向整流钾离子通道（Kir2.1）在MB侵袭转移中的作用及其分子机制。本项目基本按照计划内容实施，主要研究内容已完成，但分子机制研究部分尚在完善中，主要的研究内容、结果和科学意义如下：我们首先研究了Kir2.1在髓母细胞瘤标本表达的临床意义，结果发现Kir2.1的表达明显高于其它Kir家族成员，且在Group3型中的表达明显高于其它亚型，提示高表达Kir2.1的患者预后更差；接着我们研究Kir2.1是否影响MB的侵袭转移能力，结果显示Kir2.1可以显著促进髓母细胞瘤细胞侵袭迁移，体内实验也证实过表达Kir2.1可以明显促进MB的增殖；进一步的我们研究Kir2.1的促侵袭转移能力是否依赖于其离子通道功能，将Kir2.1的离子通道区域进行了突变，结果发现Kir2.1促进髓母细胞瘤侵袭和转移是不依赖于自身的钾离子转运功能；最后我们研究Kir2.1发挥作用的具体分子机制，利用免疫共沉淀和RNAseq的方法筛选到Kir2.1可能与Notch信号通路相关，进一步的实验结果显示Kir2.1是通过与Notch2发生相互作用，促进N2ICD成熟并进入细胞核，激活了下游靶基因c-myc和hes1的表达，从而促进了髓母细胞瘤的侵袭转移。本研究不仅提供了一个判断髓母细胞瘤侵袭转移的标志物，同时揭示了钾离子通道在髓母细胞瘤中的一个新的作用机制，为髓母细胞瘤的靶向治疗提供了一个新的靶点。