PML调控纺锤体检查点及染色体稳定性的分子机制研究

Promyelocytic leukemia nuclear bodies (PML NBs) are important subnuclear structures that have been implicated in processes such as cell cycle, apoptosis and stess response, and genome instability. Since PML NBs are generally lost in liquid or solid tumors,they are also involved in tumorigenesis or tumor development. We identified for the first time that phosphorylation of PML at T409 was mitotic specific, although PML had been found to be phosphorylated during mitosis for more than 10 years. Furthermore, Our results suggested a new mechnism for PML in tumorigenesis or tumor development. Loss of PML NBs weaken function of spindle checkpoints,and lead to chromosomal instability, which caused more aneuploidy. In previous study, it was found that PML regulated spindle checkpoints through SUMOylation or deSUMOylation during mitosis. Taken together,we have identified that PML regulated spindle checkpoints,and further study will explore the molecular mechanism of PML function in mitosis.

PML及其相互作用蛋白构成的PML核体是真核细胞内独有的亚核结构，参与调控增殖，凋亡，分化和应激反应等多种细胞生物学功能。PML核体还与肿瘤的发生发展密切相关-在多种血液系统肿瘤或实体瘤样本中PML核体结构缺失。本实验室发现了PML第一个是有丝分裂期特异性的磷酸化位点（T409），这为研究PML调控有丝分裂过程提供了关键的线索和突破点。进一步的研究提示了PML缺失促进肿瘤发生发展的新机制：PML缺失或低表达破坏了纺锤体检查点的完整性，导致有丝分裂细胞出现染色体不稳定性，产生更多的异倍体细胞。前期研究还发现，PML通过影响SUMO修饰而调控纺锤体检查点，这为深入研究PML调控有丝分裂的分子机制奠定了一定的工作基础。因此，本项研究探讨PML调控纺锤体检查点的分子机制，以期揭示PML缺失对肿瘤细胞的功能意义，为针对有丝分裂过程的肿瘤治疗提供理论指导。

核体是细胞核内重要的功能区域，是细胞核多种生化功能执行和调控的结构基础。PML核体是研究最广泛和最深入一种核体，是核体研究的主要模型；PML核体功能缺失促进了大部分血液系统肿瘤和实体瘤的发生。因此，PML核体的功能研究具有相当大的理论价值和临床应用意义。我们研究发现了PML第一个是有丝分裂期特异性的磷酸化位点（T409），这为研究PML调控有丝分裂过程提供了关键的线索。根据前期实验结果，我们推断PML 缺失或低表达破坏了纺锤体检查点的完整性，导致有丝分裂细胞出现染色体不稳定性，从而导致异倍体细胞的产生。然而，我们在实验验证这一推断时遭遇了理论和技术的瓶颈。最重要的问题是：PML核体结构的异质性！不仅PML核体上的蛋白复合物具有复杂的相互作用，PML蛋白的异构体和修饰使PML核体功能的分子机制研究面临巨大挑战。想要区分不同PML蛋白异构体表达以及修饰变化，就必须突破单一蛋白异构体的标记技术。因此，我们采用了最新的转基因技术－TALENs 技术（2011年发表）和 CRISP-Cas9 技术（2013年发表）。以这两项技术为基础，为细胞提供同源重组修复的人工模板，就能实现人类基因组的编辑。我们给PML蛋白的5个异构体分别戴上标签，从而分别研究不同异构体的结构和功能。这一研究设计不仅为 PML核体的精细研究奠定了基础，还为其它基因复杂蛋白异构体的研究提供思路。目前，新的转基因技术还存在缺陷，尤其是在不同细胞中成功率差别很大，我们的探索为今后的研究做好技术储备。需要指出的是，我们在试验新转基因技术的时候意外地发现错配识别机制可以应用于突变检测和全基因组测序，这是具有重大意义的应用研究方向。我们的实验结果初步证实了错配识别酶可以应用于基因组水平的突变或SNP检测，未来我们将筹集资金进行新的基因组测序技术的开发，形成具有自主知识产权的新技术和新产品。