Bmi-1癌蛋白翻译后修饰机制及其生物学效应

Mounting evidence, including our published results, have shown that the onco-protein Bmi-1 promotes the development and progression of cancer through multiple molecular mechanisms, such as promotion of cell immortalization and malignant transformation, induction of epithelial-mesenchymal transition (EMT), and maintenance of the capacity for cancer stem cell self-renewal. It has also been reported that numbers of transcription transcription factors and miRNAs play roles in tumor progression through the regulation of Bmi-1. However, the biological effects of different post-translational modifications of Bmi-1 are still largely unknown. Preliminary data obtained from co-immunoprecipitation experiments with coupled mass spectrometry (Co-IP/MS) showed that acetylation by the acetylase CBP, or ubiquitination by the ubiquitin ligase MDM2, could enhance the oncogenic properties of Bmi-1; GSK-3β kinase phosphorylates and promotes Bmi-1 protein degradation, whereas phosphorylation of Bmi-1 by SPHK1 kinase stabilizes Bmi-1 protein. Moreover, we found that Bmi-1 could also induce USP16 degradation through polyubiqutination and maintain the mono-ubiqutination of histone 2A. In the current project, we aim to investigate the mechanisms and biological effects of post-modifications of Bmi-1 on cancer progression, which would to provide novel targets in cancer therapy.

前期大量研究(包括我们发表的文章)已证明，癌蛋白Bmi-1可通过多种分子机制促进肿瘤的发生发展，如诱导永生化，促使恶性转化，诱发上皮细胞间质化，维持肿瘤干细胞自我更新能力等。并且多个转录上调Bmi-1的转录因子及多个抑制Bmi-1蛋白翻译的miRNAs都已被证明与肿瘤的发生发展密切相关。然而Bmi-1蛋白的翻译后修饰方式及不同修饰方式产生的生物学效应，目前仍为空白。近期结合免疫共沉淀耦联质谱等多种方法，我们发现：经①乙酰化酶CBP乙酰化修饰或②泛素化连接酶MDM2单泛素化修饰后，Bmi-1蛋白癌功能显著增强；③GSK-3β激酶可磷酸化并促进Bmi-1蛋白降解，而SPHK1激酶磷酸化Bmi-1蛋白却可抑制其降解。同时④Bmi-1可多泛素化降解USP16蛋白而维持组蛋白2A的单泛素化。本研究将承前启后，深层次解析Bmi-1蛋白翻译后的修饰方式及其生物学效应，为肿瘤治疗提供科学依据及新的靶位点。

以往研究已表明癌基因 Bmi-1在肿瘤的发生发展中发挥重要的作用。因此探讨Bmi-1的调控机制，阐明其在肿瘤干细胞特性维持中的作用，不仅为肿瘤发生发展提供新的理论依据，并且将为肿瘤治疗提供新的潜在靶位点。本项目围绕“Bmi-1的调控及其在肿瘤发展中的功能”为主线，已取得多项重要研究成果。(1). AGK可持续性激活JAK2/STAT3信号通路，并且维持干细胞样表型，增强肿瘤干细胞的自我更新能力。因此，我们的研究结果不仅揭示了JAK2/STAT3通路在实体肿瘤中的一个全新/非突变依赖性持续激活的机制 (J Clin Invest; 通讯作者)。(2). TBL1XR1在肿瘤中表达显著升高并且肿瘤的恶性发展及与患者的预后显著相关。TBL1XR1可直接上调VEGFC的表达而促进肿瘤的淋巴管新生及远处淋巴节转移。本研究为淋巴节转移提供了新的分子机制 (Gut; 通讯作者)。(3). Bmi-1可转录上调miR-508的表达。miR-508直接抑制了INPP5J、PTEN和INPP4A等多个磷酸酶，导致了PI3K/Akt信号通路组成性激活。这些研究结果揭示出了食管鳞状细胞癌中组成性PI3K/Akt激活的一个新机制 (Nat Commun；通讯作者)。(4). miR-452在肿瘤中表达显著下降，并且肿瘤的恶性发展及与患者的预后显著相关。miR-452可直接作用于Bmi-1的3`UTR及Wnt/b-catenin信号通路关键分子TCF4与LEF1 的3`UTR，从而调控到肿瘤干细胞的特性。而肿瘤中miR-452的显著下调与其启动子的甲基化密切相关。本研究为肿瘤干细胞的自我更新调控提供了新的分子机制 (Clin Cancer Res；通讯作者)。(5). 同时我们研究证明Bmi-1调控的基因AKIP1和NKX2-8维持NF-κB的核内停留，而Bmi-1调控的miR-486可同时抑制多个NF-κB负反馈因子，阐明了肿瘤中NF-κB持续性激活的新机制。项目研究期间共发表（共同）通讯/第一作者SCI文章16篇，15篇 > 5分，其中5篇 > 10分。培养博士后2名、研究生4名。